[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) )1S"D~j-  
]k.'~Syz  
应用示例简述 `z!?
!"=  
j+>&~
  
1. 系统细节 *f( e`3E  
 光源 Hs6}~d  
— 高斯光束 b&Go'C{p  
 组件 Y!L<& sl   
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Wc-8j2M  
 探测器 Gf1O7L1rX  
— 视觉感知的仿真 66shr  
— 电磁场分布 =5Auk5&  
 建模/设计 nvnJVkL9s  
— 场追迹： x$\w^h\F  
 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。 0] $5jW6]  
I &I q  
2. 系统说明 (qXl=e8  
`SSUQ#@  
y153ax  
3. 模拟 & 设计结果 p?zh4:\F+  
!`F^LXGA  
4. 总结 qQ "O;_  
jW!)5(B[A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O:3DIT1#>  
|Zrkk>GW:  
第1步 b5Pakz=jNM  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 <FFaaGiE>  
]w[T_4l  
第2步 GcYT<pwN6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 y?s8UEC  
C2 ] x  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 e
EG]JH  
6C|]Fm  
应用示例详细内容 *=ymK*  
%/x%hs;d  
系统参数 Bpw<{U  
"G`8>1tO_  
1. 该应用实例的内容 +B0G[k7  
!HP/`R  
\v}3j^Yu  
2. 设计&仿真任务 qxe%RYdA'j  
T{%'"mm;  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 kbkq
.f
Yr  
B=`"!?we  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 =wy
3h0k^  
E5b JIC(  
Ly$s0.!  
4. 参数：SLM像素阵列 {?
dW-  
op%?V:  
Qe )#'$T  
5. 参数：SLM像素阵列 wzRIvm{  
?w[M{  
Z|kMoB  
应用示例详细内容 nE)|6  
mTW@E#)n  
仿真&结果 sC .R.  
mrfc.{`[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM f1RfNiW.  
 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)。 xf.2Ig  
 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。 wCb%{iowH  
fii\&p7z  
2. VirtualLab的SLM模块 K{&b "Ba1  

=!`\=!y  
'0xJp|[xVP  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 h8yv:}XU*  
 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。 j;k(AM<  
A<&:-Zz  
3. SLM的光学功能 Y
{8L ~U:  
{:3XP<hqN  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 CKTD27})  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (qP !x 2j  
 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。 B43o_H|s  
DvuL1MeKo  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 2ju1<t,8)  
.F~EQ %  
 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。 W`PK9juu  
qKL_1 ~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd B9_0 Yq  
DT=!  
4. 对比：光栅的光学功能 T'*.LpNP,  
 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。 sv^;nOAc  
 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。 3\,TI`^C  
 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\kqmPl&  
 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。 X |f'e@  
 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。 "*@iXJxv5  
~~ON!l9n  
_OF8D
  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd R$cO`L*s  
z^4\?R50yO  
5. 有间隔SLM的光学功能 nDvny0^a  
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。 |jV4]7Luq  
RU`TzD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd `,(1'  
(D8'qx-M  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 I
EzZ$9,A5  
Q9[dUdQm  
WII_s|YSt%  
6. 减少计算工作量 ,>
(M5\Z/c  
eT+MN`
 
采样要求： t:M({|m Y  
 至少1个点的间隔(每边)。 k#%19B  
 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。 Y@.> eS  
Smk]G))o{  
采样要求： O)5-6lm  
 同样，至少1个点的间隔。 &V( LeSI  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 cf@#a@7m9  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 UsQv!Cwu^  
$)@zlnU  
 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。 V!KtF  
 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。 W,agPG\+  
 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)。 ecf7g)+C  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 v%aD:%wlY@  
.: 7h=neEW  
fWm;cDM H  
,iPkx(  
9/s-|jD  
7. 指定区域填充因子的仿真 v2@M,xbxF:  
JmYi&  
 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。 I)B2Z(<Q  
 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。 0/KNXz  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 6-X7C9`C  
 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)。 {8jG6  
db%`-UST  
1<R \V  
8. 总结 ;pB?8Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 FpRK^MEkG  
2N,*S   
第1步 t%dPj8~  
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。 OC\C^Yh*U  
:,VyOmf  
第2步 kD;BwU[  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \O/=g6w|t}  
扩展阅读 E0oJ|My  
扩展阅读 qbAoab53  
 开始视频 AARhGx|L<  
-    光路图介绍 L:^'cl} G  
 该应用示例相关文件： d7G'
+B1  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 w|5}V6WD  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 TOuFFR  
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QQ：2987619807 /cjf 1Dc  

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报告大纲 =sm(
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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 c2U>89LlZ  
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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 F,bl>;{[{  
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