[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) p4wx&VLi
 
MtBoX*"  
应用示例简述 _4X3g%nXl  
- ]U2G:  
1. 系统细节 h`V#)Q  
 光源 j>|mpfU  
— 高斯光束 m+pFU?<|  
 组件 d
0G d5%  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统  *#sY-Gd  
 探测器 @[hD;xO  
— 视觉感知的仿真 4So ,m0v  
— 电磁场分布 =(p]
L  
 建模/设计 n4DKLAl  
— 场追迹： jmn<gJ2Of  
 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。 A=\:b^\  
ew|e66Tw$  
2. 系统说明 -X,[NI3  
Aiqn6BX{  
7H_*1_%ZQ  
3. 模拟 & 设计结果 unAu8k^  
G[a&r   
4. 总结 OEXa^M4x   
p!H'JNG  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c"`CvQO64  
2D'$  
第1步 'zfj`aqc  
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。 U$wD'v3pw  
*dX 7  
第2步 # 4;(^`?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 xcE<|0N :  
LAU\.d  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ]5:0.$5  
&4jc3_UKV  
应用示例详细内容 ;&ypvKG  
jLF,R7t  
系统参数 [F}_Ime  
p[7?0 (  
1. 该应用实例的内容 0E/,l``p  
+`'>  
"|<U`3y6  
2. 设计&仿真任务 i 3i  
raB',Vp  
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。 e&ci\x%  
Hm 17El68  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 XSe\@t~&g  
GfL:0  
@agxu-Y  
4. 参数：SLM像素阵列 +9R@cUr  
T!Z).PA#  
%v,a3^Qu  
5. 参数：SLM像素阵列 ]@hN&W(+x  
7'idjcR  
JbXd9AMh2  
应用示例详细内容 ,<!v!~Iy  
`xF^9;5mi  
仿真&结果 *`~]XM@H  
eizni\  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM pRGag~h|E  
 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)。 2OsS+6,[x  
 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。 y4j\y ? T8  
ms`U,  
2. VirtualLab的SLM模块 '))K' u  

,qT+Vqpr{  
JXF0}T)C  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 L^xh5{  
 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。 .0?A0D?sP  
-xL^UcG0  
3. SLM的光学功能 7,"y!\  
A#8J6xcSrL  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 T*jQzcm~?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Y4{/P1F  
 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。 (qDPGd*1  
@cu#rWiG  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 0t2n7Y?N  
W}'l8z]   
 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。 G|.6%-  
!v<`^`x9I  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd g+3_ $qIQ+  
!Wz4BBU8o  
4. 对比：光栅的光学功能 "2z&9`VIY  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 R^&.:;Wi>  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 vq:?a  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 9NeHN@D)  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 <HH\VG\H6  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 >9<YQ(  
r-$VPW  
=B0AG9Fz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd uP$C2glyz  
d9q`IZqee  
5. 有间隔SLM的光学功能 *=X61`0  
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。 REWW(.3o  
@ )Nw>/;o  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @K\hgaQ  
"P yG;N!W  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 G.]'pn  
mjKu\7F  
zx7A}rs3oX  
6. 减少计算工作量 %>Mcme>(W  
oaG;i51!  
采样要求： \1<8'at  
 至少1个点的间隔(每边)。 [xo-ZDIoG  
 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。 ){*9$486  
'Lh nl3  
采样要求： *yYeqm  
 同样，至少1个点的间隔。 Nr?CZFN#  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 M}]4tAyT  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。
HT7I~]W  
@]etW>F_  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 eI98J"h%?  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 yM('!iG*/  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ?-JW2 E"uT  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `*3;sq%`  
Hi nJ}MF  
]z8Th5a?o  
`6<Qb=  
+]p/.-Uw  
7. 指定区域填充因子的仿真 }kSP p  
80K"u[  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 %k @4}M>  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 JqV}$E"M2  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 {01^xn.  
 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)。 l ;S_J^S  
v%7Gh-P  
+V;d^&S  
8. 总结 .|@2Uf  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0{/
'[o7  
mbHMy[R  
第1步 Ld 0j!II(  
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。 `
aSbGMz  
4U3 `g  
第2步 LI>Bl  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^UBzX;|p  
扩展阅读 EAHdt=8W{  
扩展阅读 A4/gVi|  
 开始视频 3zv0Nwb,  
-    光路图介绍 mR~S$6cc  
 该应用示例相关文件： W9]0X  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 uK0L>
  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 5a4i)I63o  
P!gY&>EU  
),H1z`c&I  
QQ：2987619807 4#W*f3d[@:  

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报告大纲 8"p rWAN  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） "'/+}xM"5  
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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 /82E[P"}6R  
e_g&L)  
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 s3'kzwX  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）