[分享]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

空间光调制器(SLM.0002 v1.1) C!aX45eg  
>GdLEE'w  
应用示例简述 S#dyRTmI  
5O;/ lX!u  
1. 系统细节 jD&}}:Dj  
 光源 Ktg&G<%J0  
— 高斯光束 D6C-x  
 组件 9Q SUCN_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 }M"-5K}  
 探测器 iqU.a/~y  
— 视觉感知的仿真 X}65\6  
— 电磁场分布 i
~v@  
 建模/设计 "k>{b:R|  
— 场追迹： '^P*F9  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 kphy7>Km  
5n|MA  
2. 系统说明 lB5[#z  
|-SI(Khjk  
Apw-7*/  
3. 模拟 & 设计结果 @O  @|M'  
\K4CbZ,.  
4. 总结 "K4X:|Om"  
t<KEx^gb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 D7Rbho<  
ie$fMBIq  
第1步 %k1q4qOG]^  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 h0y\,iWXb  
'vf,T4uQ"  
第2步 e+]YCp[(  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "6[Ax{c
M  
e>)}_b  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 i?P]}JENM  
[nhLhl4S  
应用示例详细内容 E|8s2t  
Bv |jo&0n  
系统参数 kBDe*K.V  
|Ls&~'ik  
1. 该应用实例的内容 egIS rmL+X  
5 \.TZMB  
j*3sjOoC  
2. 设计&仿真任务 lHj7O&+  
BT*K,p  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 OFPd6,(E  
><Mbea=U+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Eb{4.17b  
R!M|k%(  
#L+s%OJ`  
4. 参数：SLM像素阵列 ^5zS2nm  
JzS^9)&  
"_% 0|;  
5. 参数：SLM像素阵列 RIVN>G[;L  
wtg
O;w  
XN0RT>@  
应用示例详细内容 |'l* 
$  
TTw~.
x,  
仿真&结果 ?M1 Q
J  
jrMGc=KL  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM JY,l#?lM{  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 brhJ&|QDE  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。
sO f)/19  
dT0z^SG  
2. VirtualLab的SLM模块 eJwii  

0ju wDd  
(x*2BEn|  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Y;F,GxR}  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 YJtOdgG|q  
G%x,t-  
3. SLM的光学功能 daokiU+l2  
V'|
g  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @+Anv~B.  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 bKTwG@{/k  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 -<VF6k<  
HpgN$$\@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Gm?"7R.  
^SL}wC x  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 TY{?
4  
%L=h}U13  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd C(Bar#  
3By>t!~Q  
4. 对比：光栅的光学功能 -B++V  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 tGy%n[ \  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 looPO:bo^  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 h"%,eW|^  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 g_U*_5doA  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ,;-cz-,  
[>QsMUvak  
1PjX:]:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd b|pNc'u:Cn  
.dq.F#2B;  
5. 有间隔SLM的光学功能 V:$1o  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 (h(ZL9!  
orN2(:Ct7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @RG3*3(  
OsuSx^}  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。
6b5{  
Y&Nv>o_}5  
mwiPvwHrg  
6. 减少计算工作量 3n"&$q6  
;]ZHD$g  
采样要求： Boz_*l|  
 至少1个点的间隔(每边)。 ^rZ+H@p:6  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 `1}yB  
<@2?2l+`X  
采样要求： 78}%{7YY  
 同样，至少1个点的间隔。 SodW5v a  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 :zTj"P>"I  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 (IWd?,H,n  
Z|7I }i  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 3uiitjA]  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 =>TtX@Q{  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 e&I.kC"j6  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 { l~T~3/i  
iDe0 5f1R  
}T(q"Vf~  
J!qEj{  
t"m`P1  
7. 指定区域填充因子的仿真 Ki6BPi^  
A^jm<~  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 P>cJ~FM  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 aQ3vG08L>  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 wH5O>4LO  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 W;*vcbP  
1;sAt;/W8  
A.*nDl`H  
8. 总结 2QD B'xs3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 nK; rEL  
SVeU7Q6-  
第1步 r/w@Dh]{_  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 X%qR6mMfT7  
%Y[/Ucdm  
第2步 lY8Qy2k|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Hw3ES  
扩展阅读 jWjK-q@Y  
扩展阅读 ziip*<a!_  
 开始视频  o=
5uM  
-    光路图介绍 U-:Z^+Y  
 该应用示例相关文件： ^E,UcK;  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 zm.sX~j  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :D7!6}%  
KV(W|~+rM  
B_1u<00kg  
QQ：2987619807 nmAXU!t'  

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报告大纲 yIP IA%dJ  
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1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 J]e&z5c  
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2.空间光调制器在工业、教学领域的应用3.实物讲解空间光调制器 ObnB6ShKi  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）