[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) JPq2C\Ka  
s;[OR  
应用示例简述 %x2_njDd  
D+u#!t[q  
1. 系统细节 1q Jz;\wU  
 光源 ZNX=]]HM<n  
— 高斯光束 `Z
m-F  
 组件 TjswB#  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 m\];.Da  
 探测器 2x
x  
— 视觉感知的仿真 [Jjb<6[o  
— 电磁场分布 HLYTt)f}  
 建模/设计 OlwORtWzZ  
— 场追迹： @VVDN  
 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。 D')m8:>  
jLy3c@Dp  
2. 系统说明 w '<8lw  
F6$QEiDu@  
d>f.p"B.gj  
3. 模拟 & 设计结果 0M=U>g)  
Az
mISm  
4. 总结 A3#^R%2)W  
km(Mv  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 hj_%'kk-A  
wj$J}F  
第1步 42Vz6 k:  
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。 CI~P3"`]  
XC D&Im  
第2步 r{Cbx#;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <Z -d5D>  
(i"@{[IP  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 l1utk8'-  
l\NVnXv:>  
应用示例详细内容 "kHQ}#6r  
Gop;!aV1*  
系统参数 ycr\vn t  
b;;C><  
1. 该应用实例的内容 g3`:d)|  

@o g&l;  
{r$n $  
2. 设计&仿真任务 bc{ {a  
5dPPm%U{  
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。 z'(][SB  
jYv`kt  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 W_C#a'$  
x2KIGG^  
\+STl#3*q  
4. 参数：SLM像素阵列 QQB\$[M!Z  
EzXGb  
7E-1 #4  
5. 参数：SLM像素阵列 _,U`Iq+X  
.+'`A"$8  
&f:"p*=a\  
应用示例详细内容 C_RxJWka  
^F*G  
仿真&结果 )Hp{
8c  
)Ycjx~   
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =xa:>Vh#  
 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)。 w,<nH:~  
 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。 + \DGS  
D(m2^
\O[  
2. VirtualLab的SLM模块 <ah!!  

~Lyy7B9  
"'@iDq%y  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 O!3MXmaO  
 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。 ^hpdre"  
C_&-2Z  
3. SLM的光学功能 >sUavvJ~x  
";&5@H|  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4t%g:9]vr  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 aWG7k#nE  
 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。 IC1oW)  
w=UFj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 4FWb5b!A=  
@Yv.HhO9  
 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。 x/UmpJD+  
7u9]BhcFv?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Nan@SuKY  
r&u&$"c  
4. 对比：光栅的光学功能 M[C9P.O%w  
 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。 Jvk!a~e  
 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。 ] BJ]  
 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)。 (zVT{!z  
 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。 ^UB<U#8,  
 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。 Y"x9B%e  
WB:NV=&^  
^9{mjy0Q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 0""t`y&  
7_HJ|QB  
5. 有间隔SLM的光学功能 !,
}F2z?4c  
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。 0gI^GJN%Y!  
GW]b[l
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd IfK%i/J  
7)2Co[t  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 l"I G;qO.  

J FYV@%1~  
|wnXBKV(
  
6. 减少计算工作量 doIcO,Q  
oVG/[e|c'  
采样要求： vZDM}u  
 至少1个点的间隔(每边)。 _y,?Cj=u|  
 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。  !e+^}s  
*Zj2*e{Z9U  
采样要求： @w%{yzr%  
 同样，至少1个点的间隔。 J=%(f1X<W  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 &YSjwRr  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 gPo3jwo$  
pj~Ao+  
 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。 9Y6Ear .W  
 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。 _{eH" ,(  
 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)。 F5hOKUjv  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Dd3GdG@*~  
{Q%"{h']  
]M:=\h,t>  
=54"9*  
s.9)?<[  
7. 指定区域填充因子的仿真 j>OuNeo@4  
0u3"$o'R  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 C78V/{  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 I;Sg9`k=  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 1<Z~Gw4  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 TQor-Cymz  
g RX`61  
gcaXN6C  
8. 总结 ySS kw7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /2<1/[#  
Id<3'ky<N  
第1步 Xy0KZ !  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 M%\=Fb  
/3(|P  
第2步 +d$l1j  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 9XH}/FcP_O  
扩展阅读 gbC!>LV  
扩展阅读 hC nqe  
 开始视频 <0P7NC:Ci  
-    光路图介绍 NoR=:Q 9e  
 该应用示例相关文件： &s+F+8"P+  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 l$>))cW!  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 JUf{;nt
 
Q>G lA  
|JR;E
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QQ：2987619807 2l8TX#K  

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报告大纲 E2 5:eEXa  
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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 Ep@NT+VnI  
S]P80|!|  
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 4ZRE3^y\"  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）