[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) |O8e;v72g^  
(TeH)j!  
应用示例简述 LK h=jB^bT  
$xu2ZBK  
1. 系统细节 : /5+p>Ep}  
 光源 khX/xL  
— 高斯光束 A;Uc&
G  
 组件 &GH[$(  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 +Nn >*sz  
 探测器 BValU  
— 视觉感知的仿真 wX] _Ab
k  
— 电磁场分布 _c]}m3/  
 建模/设计 ?qQ{]_q1&.  
— 场追迹： xU\!UVQ/  
 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。 amsl>wc!  
=9&2udV1
 
2. 系统说明 dX?j/M-  
\%r#>8c8  
 V FM[-  
3. 模拟 & 设计结果 h%j4(v}r{C  
,88B@a  
4. 总结 ~D5 -G?%$"  
Gb^63.}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 dOD(<  
KE\>T:  
第1步 {tVA(&\<  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 X0*+]tRg  
2Wcu.  
第2步 sD3Ts;k  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ` k] TOc  
=o@}~G&HA  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 T#&1q]P1F  
{r&r^!K;  
应用示例详细内容 " lD -*e4  
Pr>$m{ Z  
系统参数 R655@|RT  
Qe~C}j%  
1. 该应用实例的内容 2K~v`c*4  
CQ!D{o=  
PCCE+wC6  
2. 设计&仿真任务 HtN:v  
]FR#ZvM>x  
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。 iu{y.}?  
,5 8-h?B0v  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Mx}r! Q  
jzi%[c<G  
[?z;'O}y  
4. 参数：SLM像素阵列 ufR|V-BWx  
q4:zr   
z{.&sr>+v  
5. 参数：SLM像素阵列 KMT$/I{p,  
41R~.?  
,,FhE  
应用示例详细内容 ycN!N  
n(A;:)W{  
仿真&结果 jhT/}"v  
E2hML  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ca &zYXy  
 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)。 Jn(|.eT|  
 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。 ; <- f  
.yDR2sW  
2. VirtualLab的SLM模块 h<IAHCz;(  

u}'m7|)8  
dnANlNMk?  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >>=zkPy  
 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。 ,9OER!$y  
T&dc)t`o  
3. SLM的光学功能 6\h*SBI?(  
*"|f!t  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,*$Y[UT  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 EhW
@iYL  
 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。 W__$ i<1  
k]4CN  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >U:-U"rA?  
"97sH_ ,  
 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。 mv<cyWp  
e{: -N  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd U
SE!  
(>Sy,  
4. 对比：光栅的光学功能 T+V:vuK  
 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。 _Wp, z`  
 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。 8yr-X!eF  
 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)。 n`Ypv{+ {%  
 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。 } BP.t$_  
 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。 zPvTRW~H\  
P@etT8|V  
&sq q+&ao  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Dmtsu2o  
RZvRV?<bR  
5. 有间隔SLM的光学功能 Gy
E5jh2  
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。 ~@^pX*%i  
*XXa
9z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Swv =gu  
m,J9:S<5;  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 C-2#-{<  
gZ(\/m8Z  
Dk~ JH9#  
6. 减少计算工作量 `yXHb  
K>+c2;
t;  
采样要求： AQ-R^kT  
 至少1个点的间隔(每边)。
M4XU*piz  
 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。 =rNI&K_<  
Jl)Q#  
采样要求： yV@~B;eW0  
 同样，至少1个点的间隔。 K?wo AuY  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 w3Qil[rg
 
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 .|6Wmn-uS  
jW|M)[KJN  
 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。 ^@maF<Jb  
 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。 cj3P]2B#  
 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)。
|>p?Cm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 c+TCC%AJQI  
~ Q;qRx  
j|WN!!7  
NSh~O!pX  
|P=-m-W  
7. 指定区域填充因子的仿真 M[dJQ(  
E7Pz~6  
 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。 d>Np; "  
 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。 [M.!7+$o  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 "Kn%|\YL@4  
 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)。 #c1c%27cmm  
_E[)_yH'-  
OEgp!J  
8. 总结 )6-!,D0db  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *+
cW)klm  
~LN {5zg  
第1步 uHO>FM,  
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。 8DJoQl9  
&Sp2['a!  
第2步  Hn,;G`{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n#5%{e>  
扩展阅读 "PY&NL?  
扩展阅读 1O;q|p'9  
 开始视频 ^5*9BwH`  
-    光路图介绍 1A\N$9Dls  
 该应用示例相关文件： fnO>v/&B  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计
vZt48g  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 B"I^hrQ  
vqJjAls  
}EWPLJA  
QQ：2987619807 ;bt%TxuKb  

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报告大纲 s/0S]P]}f  
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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 xaG( 3  
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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 yz7X7mAo  
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