[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) N)jNvzm  
s o: o b}  
应用示例简述 Ur[ai6LNG  
Lcg1X3$G  
1. 系统细节 d:Z|It  
 光源 N f?\O@  
— 高斯光束 FYNUap,A  
 组件 &]f8Xd  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Dd OK&  
 探测器 "tbKbFn9  
— 视觉感知的仿真 Hl}m*9<9us  
— 电磁场分布 MB5V$toC  
 建模/设计 aA%x9\Y  
— 场追迹： U_9|ED:  
 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。 |Eu#mN  
Oo!]{[}7  
2. 系统说明 F)l1%FCm  
D41.$t
[  
>7?Lq<H  
3. 模拟 & 设计结果 yqJ>Z%)hf  
e*<pO@Uy  
4. 总结 Ug[0l)  
#BEXj<m+J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 / H GPy  
5a5JOl$8  
第1步 q@mZ0
D-  
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。 D1]?f`  
7 }t=Lx(  
第2步 *yg`V,C  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 uYE"OUNWL  
SQ/}K8uZ  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 8M4GforP  
? _[q{i{  
应用示例详细内容 Oxi^&f||`  
UOe@R|79q  
系统参数 m9'bDyyK  
b^~4k; <  
1. 该应用实例的内容 YEi
w!  
;%AY#b4m  
[MAvU?;  
2. 设计&仿真任务 | m#"  
meD83,L~N  
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。 h?QGJ^#8  
\O>;,(>i  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Z4k'c+  
CT.hBz -S  
yTWicW7i  
4. 参数：SLM像素阵列 P!R`b9_U  
/p|L.&`U  
UJ)(Sw  
5. 参数：SLM像素阵列 Z%{`j!!p  
:dlG:=.W  
I_`$$-|
 
应用示例详细内容 ;0dl  
|pT[ZT|}G  
仿真&结果 U@".XIDQ  
~. 5[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 5n=~l[O  
 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)。 A2nL=9~   
 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。 Xq$9H@.  
7MX5hZF"  
2. VirtualLab的SLM模块 o3:h!(#G  

?KFj=Yo  
xqj@T^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。 .A7ON1lc^C  
 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。 g|
{Ru  
W>$mU&ew[  
3. SLM的光学功能 K!tM "`a  
,/-DAo~O  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 \`?4PQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 a;G
>56iw  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 8J0#lu  
6 Znt   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd xQs._YY  
n?NUnF
A  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 JF9r[%  
XAUHF-"WE  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd J'yiVneMw  
Y-v6M3$  
4. 对比：光栅的光学功能 ~#:R1~rh\e  
 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。 E(an
5x/r  
 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。 LHusy;<E[  
 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)。 ]L!:/k,=S  
 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。 ^%RIz!}  
 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。 )#Id=c  
eq4Yc*|9  
d?jzh1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd `6Yk-5  
4#D>]AX  
5. 有间隔SLM的光学功能 bx3kd+J7  
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。 iRI7x)^0"z  
4^K<RSYs  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ga
|-~~  
*qw//W  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。  B"Ttr+  
k mX:~KMb  
CQET  
6. 减少计算工作量 cG4$)q;q  
}b]z+4Ua(  
采样要求： d6g^>}-!t  
 至少1个点的间隔(每边)。 aeTVcq  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 x|A{|oFC  
/~_,p,:aP  
采样要求： MOu=  
 同样，至少1个点的间隔。 uVLKR PY  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 I:o.%5)  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ;c0z6E /  
),U>AiF]  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 y(=$z/  
 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。 ck#MpQ!An  
 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)。 ? VHOh9|AT  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 oGqbk x  
oz/Nx{bg  
eGlPi|  
,I8[tiR"b  
.#}`r`/  
7. 指定区域填充因子的仿真 gwv s  
0tp3mYd  
 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。 fV5MI[t  
 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。 hBNA,e:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 uxD$dd?  
 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)。 &265 B_'D  
-gy@sSfvkv  
<P1x3  
8. 总结 5
YnTGf&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ibQN pIz  
q;=!=aRg  
第1步 QX|y};7\e  
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。 q#t&\M
.U  
_*LgpZ-2(  
第2步 N9gbj%+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )CUB7D)=  
扩展阅读 hScC<=W  
扩展阅读 s|o+ Im  
 开始视频 2H2Yxe7?-  
-    光路图介绍 oTLpq:9J  
 该应用示例相关文件： Xi81?F?[  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 5 p! rZ  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 /zZ";4  
y8CH=U[  
"vN~7%  
QQ：2987619807 p1B~F  

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报告大纲 pRH'>}rtuH  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） dBNx2T}_0  
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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 3:"w"0[K3  
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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 `Y_G*b.Rm  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）