[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) 9_/dj"5
 
v ?OIK=Xm  
应用示例简述 FL8?<bU  
Y6R+i0guz  
1. 系统细节 :wcv,
YoSG  
 光源 m7n8{J1O2  
— 高斯光束 IT5a/;J  
 组件 v;_k*y[VV$  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 BT3X7Cx  
 探测器 6M)4v{F  
— 视觉感知的仿真 ]?/7iM  
— 电磁场分布 UbDRE[^P  
 建模/设计 o'hwyXy/S  
— 场追迹： % a9C]?  
 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。 (vXes.|+t  
E$?:^ausu  
2. 系统说明 ,|Xib
fw  
B}|(/a@*  
 0+P[
0  
3. 模拟 & 设计结果 !#'
y#  
)RZ:\:c  
4. 总结 :}[RDF?  
5m(V(@a3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?A\[EI^  
fMSB  
第1步 Ac,Qj`'V  
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。 '4x uH3  
ZR"BxE0_k  
第2步 ML= :&M!ao  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
HT@/0MF{J  
0DIXd*oj&  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "
^3pP(8;~  
Y7L1`
<SC  
应用示例详细内容 @4ECz>Q  
^|+;~3<J  
系统参数
5N'Z"C0  
Dg_Ao
C  
1. 该应用实例的内容 b+DBz}L4  
l^"HcP6  
3ug-cq  
2. 设计&仿真任务 CKau\N7T  
aIsT"6A~{  
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。 Hb:@]!r>  
`dpm{sn  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 MPxe|
Wws  
N%K%0o-  
+_E\Omcw  
4. 参数：SLM像素阵列 kd3vlp  
41'|~3\X  
O*%@(w6  
5. 参数：SLM像素阵列 ,f(:i^iz!  
^vQ,t*Uj=  
^]A,Q%1q^  
应用示例详细内容 'K:zW>l  
?~_[/  
仿真&结果 0wlKBwf`J  
=iEQE  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM x6BO%1  
 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)。 ( ;(DI^Un8  
 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。 *53@%9 {u  
)t#v55M  
2. VirtualLab的SLM模块 E2Jmo5yJR  

=,4iMENm!  
=Co[pt  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ?-HLP%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。 {*jo,<4ee  
<hA1[S}  
3. SLM的光学功能 F=qG+T  
zZ11J0UI  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 8qi6>}A  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 m+ww  
 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。 lz-t+LD@ST  
8M DX()Bm  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd `YinhO:Z  
1m5=N
u  
 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。 sPod)w?e  
&~SPDiu.t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (Q/Kp*a  
%9qG|A,cA  
4. 对比：光栅的光学功能 2VgDM6h  
 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。 X4bB  
 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。 K\2UwX  
 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)。 P t)Ni  
 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。 y_F{C 9KE  
 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。 2Kg+SLU[~  
H}[kit*9  
"B~ow{3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd PI5a'k0F  
{#]vvO2~$  
5. 有间隔SLM的光学功能 L,<5l?u  
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。 \
>%.ktG  
OK6c"*<z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd WN+D}z]  
:4(.S<fH)-  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Gd]!D~[1  
"{&?t}rj+  
ycr\vn t  
6. 减少计算工作量 1$]hyC/f  
g3`:d)|  
采样要求： A{3?G-]*  
 至少1个点的间隔(每边)。 "0&+`7  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ]0+5@c  
Y5Ub[o  
采样要求： 9~En;e  
 同样，至少1个点的间隔。 )l|/lj  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 )0Lno|l  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 z TM1 e  
%nmD>QCe  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Y@+e)p{  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 X;hV+|Bo  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 J=*X%^jX9Z  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 (q@DBb4  
j>?0Y  
LWpM-eW1q  
[YsN c  
m-M.F9R  
7. 指定区域填充因子的仿真 n&51_.@Q  
4Hk eXS.  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 BfcpB)N&.K  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 I`~ofq?r  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 C|@6rr9TA  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ZP]l%6\.  
JIGoF  
RkrZncBgV<  
8. 总结 {NS6y\,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 RwG@C|sG  
Yb~[XS |p  
第1步 L*rND15  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ;Tn$c70  
p\7(`0?8VN  
第2步 sI@y)z  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 c']3N  
扩展阅读 1236W+  
扩展阅读 )o:%Zrk  
 开始视频 <vP{U  
-    光路图介绍 6eUM[C.  
 该应用示例相关文件： S#kA$yO  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Nan@SuKY  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 .??[qBOTE  
0E6tH& ;>  
,<pk&54.@'  
QQ：2987619807 'T8(md299  

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报告大纲 \Ax[/J2aO  
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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 C78V/{  
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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  QB/H  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）