[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) ^67P(h  
WU#bA|Cf  
应用示例简述 >V87#E  
j=dHgnVvj  
1. 系统细节 %~^R Iwm  
 光源 p5)A"p8"9,  
— 高斯光束 StP6G ]x  
 组件 =#T6,[5  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $hn_4$
 
 探测器 Zf]d'oW{/  
— 视觉感知的仿真 8xg:ItJaA0  
— 电磁场分布 _*bXVJ ]  
 建模/设计 c !P9`l~MQ  
— 场追迹： (sJ{27b_  
 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。 r]BB$^@@V  
i]hFiX  
2. 系统说明 %Dsa ~{  
RJF1~9  
faD(,H  
3. 模拟 & 设计结果 `x6 i5mp  
#1u4Hi(x5  
4. 总结 &ks>.l\  
^"6xE nA]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 L-@j9hU{  
Xd|@w{.m*  
第1步 4w]u: eU  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 o~<fw]y  
|;rjr_I  
第2步 _jU6[y|XLh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O+.V,`O  
-U%wLkf|  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 q$b/T+-ec  
}Ax$}#  
应用示例详细内容 SAThY$)6  
JsfbY^wz  
系统参数 h5Qxa$Oq  
ZwO&G\A^  
1. 该应用实例的内容 @] )a  
G-M!I`P  
6<]&T lS]  
2. 设计&仿真任务 .t"s>jq 1  
vuDp_p*]S  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Y/gVyQ(  
ms;Lu-UR  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 b LL!iz?  
d<7xSRC   
6G@_!i*2F  
4. 参数：SLM像素阵列 7zR7v  
r^*,eF  
bB)EJCPq>  
5. 参数：SLM像素阵列 PcUi+[s;x  
.%WbXs  
{r'#(\  
应用示例详细内容 tJHzhH)  
;K$E;ZhPN  
仿真&结果 Q$kSK+ q!  
q3scz  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM y3;G<9K2c]  
 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)。 Q*mPU=<  
 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。 P-^Z7^o-bX  
c?<FMb3]  
2. VirtualLab的SLM模块 NwT3e&u%|  

:kY][_  
{T:2+iS9:  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Gt6$@ji4u  
 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。 $ZQPf  
;"joebZ/  
3. SLM的光学功能  U]e;=T:3  
A`X$jpAn&  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 x,>@IEN7  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 K +w3YA  
 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。 5zfaqt`  
RMLs(?e  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd G9Xrwk<g4  
Qs;bVlp!H  
 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。 YM
1@B`yWE  
/7P4[~vw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd +sgishqn9  
EkOBI[`  
4. 对比：光栅的光学功能 E8FS jLZ  
 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。 SwSBQq%h]M  
 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。 [[[p@d/Y  
 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)。 JRU)AMMU&  
 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。 c1MALgK~}\  
 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。 /A<L  
}ZvL%4jT  
(zgXhx_!D  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,VJ0J!@  
6AZ/whn#  
5. 有间隔SLM的光学功能 RUO,tB|(_;  
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。 )ALf!E%{  
`;QpPSw+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd M@8 <^CK  
g%RL9-z  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 a8Ci 7<V  
roW8 4x  
+s1mm c  
6. 减少计算工作量 :[\}Hn=  
0QEVL6gw  
采样要求： WBTX~%*U  
 至少1个点的间隔(每边)。 hua{g_  
 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。 j<wg>O:s%r  
Wl::tgU  
采样要求： PN0:,.4  
 同样，至少1个点的间隔。 _j<46^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 kQ{pFFO  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 vxZz9+UbF  
h7I_{v8  
 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。 ]hL 1qS  
 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。 N55;oj_K  
 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)。 oDM}h +  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 SaQ_%-&#p  
dbE $T  
/-G;#Wm  
b_\aSEaTT  
,Iwri\  
7. 指定区域填充因子的仿真 Wx;9N  
EV2whs2g  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 5XA6IL|/l  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 Xm\tyLY  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 x1Z?x,-D"  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 u -CY-  
C x$|7J=O  
ihf5`mk/$  
8. 总结 6D3fkvcZ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~A [ Ju%R  
.CrahV1G  
第1步 Q[`_Y3@j  
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。 N;<<-`i  
+anNpy  
第2步 FeLWQn/aV6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :6N{~[:4  
扩展阅读 *sZOws<  
扩展阅读 Dr,{V6^  
 开始视频
[ ecYpE<  
-    光路图介绍 i nF&Pv  
 该应用示例相关文件： Fu{[5uv  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 .5KRi6  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 'S
E%9
 
SDDs}mV  
{u3^#kF  
QQ：2987619807 +Rxf~m(pV  

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报告大纲 mQ('X~l  
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7  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） "7l p|0I  
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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 Bl3G_Ep  
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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 B`T|M$Ug  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）