[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) jC oZm(bi  
yP-Dj ,  
应用示例简述 9we=aX5  
m4iR '~L}  
1. 系统细节 1vThb  
 光源 ~7m+cWC-+  
— 高斯光束 Ut%ie=c  
 组件 H0Tt(:.&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _+{s^n=  
 探测器 s(dox; d  
— 视觉感知的仿真 sqy5r
ug  
— 电磁场分布 qUo(hbp  
 建模/设计 a-W&/  
— 场追迹： :+6m<?R)T  
 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。 >8VJ!Kg4  
6hZhD1lDG^  
2. 系统说明 /; _"A)0  
emHi=[!i  
R =jK3yfw  
3. 模拟 & 设计结果 hk=+t&Y<H  
B)(A#&nrb  
4. 总结 2@H~nw 0  
s)C.e# xl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3drgB;:g`  
 [W;14BD7  
第1步 LP87X-qkjW  
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。 }A#FGH+  

M:x8]TA  
第2步 <sTaXaq?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *)w 8fq  
koUH>J:  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 G0^PnE0-  
u]}Xq{ZN
 
应用示例详细内容 6`yq4!&v  
# WxH  
系统参数 5E%W;$3Pb  
/eE P^)h  
1. 该应用实例的内容 V +hV&|=  
B<oi,S  
| zAey\  
2. 设计&仿真任务 )TWf/Lcp  
)j$Bo{  
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。 \/5 8#  
0 cQf_o  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 |k^X!C0  
9KP+  
41:Z8YL(  
4. 参数：SLM像素阵列 g` Wr3  
Ghj6&K%b0  
P}PSS#nn  
5. 参数：SLM像素阵列 &38Fj'l  
H: U_k68  
aH:eu<s  
应用示例详细内容 9|go`^*.  
E{FNsa  
仿真&结果 ~r{Nc j  
w0.#/6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Um|:AT}`^  
 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)。 bkY7]'.bz&  
 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。 >s{[d$  
<uAqb Wu  
2. VirtualLab的SLM模块 Sy8Og] a   

zRKg>GG`  
`aC#s3[
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 &r_:n t  
 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。 X`22Hf4ct  
yeW|Ux:  
3. SLM的光学功能 Zw }7vD0  
dCc*<S  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Hj5b.fB  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 D6 M:pIN*  
 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。 6I>
W(_T  
<=0_[M  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd SmRU!C$A  
){6;o&CC:  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 kQj8;LU  
8]0R[kjD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd a
mPQU  
Kr9 @  
4. 对比：光栅的光学功能 4u /?..L.  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 9zX\ioT  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 9m#`56G`  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 [@/G?sAQm\  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 JiRW|+`pe  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 Hiw{1E:rW  
G;tIhq[$Vb  
DB?[h
<^m  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd x*_c'\F|  
V57^0^Zp`  
5. 有间隔SLM的光学功能 8I@_X~R  
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。 XX/cJp  
)[/+j"F   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd '&U
X'Dd~Q  
YWm:#{n.  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 KC  
^*Ca+22xO  
e#08,wgW  
6. 减少计算工作量 Ar>-xCTD  
T6{IuQjXs  
采样要求： O-G4^V8  
 至少1个点的间隔(每边)。 0C3CqGP  
 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:~}?^%n  
W~gFY#w  
采样要求： ]T+{]t  
 同样，至少1个点的间隔。 b`1P%OjC  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 c1Dhx,]ad  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Z>o20uA  
cz.-cuD[iD  
 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。 sfx:j~bsL  
 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。 eoow]me  
 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)。 }"_S;[{d  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 c~p4M64  
][D<J0  
IUI>/87u  
/SZsXaC '  
tV%M2DxS  
7. 指定区域填充因子的仿真 W4T>@b.  
y_\vXY'  
 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。 cl^tX%  
 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。 ZSHc@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。 8r+R~{  
 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)。 bp;)*  
o D^],  
:fo%)_Jc!  
8. 总结 ;Q-(tGd  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :Bda]]Y=  
WCU[]A  
第1步 iv\?TAZC  
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。 ,HR~oT^  
c7S<ex,  
第2步 {b} ?I4)  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &yWl8O
 
扩展阅读 vlx wt~  
扩展阅读 91`biVZfA  
 开始视频 0l{').!_  
-    光路图介绍 <(;"L<?D<C  
 该应用示例相关文件： uB0/H=<H  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 [\eUCt F  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Spt[b.4mF  
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报告大纲 rX{QgyY&  
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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 mAX]m1s  
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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 7Z93`A-=  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）