[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) Z-U-n/6I  
npCiqO  
应用示例简述 g$/C-j4A[  
I@/s&$H`l  
1. 系统细节 ;9&#Sb/  
 光源 `/"*_AKAI  
— 高斯光束 n=F|bW  
 组件 B+VD53 V  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 BT*z^ZH  
 探测器 (J6>]MZ#)  
— 视觉感知的仿真 !+EE*-c1c  
— 电磁场分布 (/i?Fd  
 建模/设计 _8 C:Md`  
— 场追迹： /LK,:6  
 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。 -prc+G,qyp  
#@UzOQ>  
2. 系统说明 0Z4o3r
[  
1CmjEAv%/  
~bD'QMk  
3. 模拟 & 设计结果 q?##S'  
E+"m@63  
4. 总结 'kb|!  
Bj`ZH~T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `b:yW.#w3l  
360b`zS  
第1步 +tCNJ<S@l$  
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。 bXNM.K  
$S'~UbmYU  
第2步 Dg=!d)\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^[g7B"`K5  
w D}g\{P  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 %AJTU3=0  
BG9.h!  
应用示例详细内容 (#K
u`  
5Tg[-tl  
系统参数 V48o+O  
9Hm>@dBhM  
1. 该应用实例的内容 #I9hKS{  
s&)>gE\  
=\FV_4)  
2. 设计&仿真任务 MJ_]N+  
igO,Ge8}  
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。 ^rh{  
g4f:K=5:  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 H"vkp~u]I  

|r<#>~*  
jU2vnGw_  
4. 参数：SLM像素阵列 mx=2lL`  
Oe)B.{;Ph  
:406Oa  
5. 参数：SLM像素阵列 EQ%,IK/  
lS96sjJp@  
_q z^|J  
应用示例详细内容 5Z_7Sc  
xcM*D3  
仿真&结果 lN~V1(1B  
,SG-{   
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM J.Fy0W@+k4  
 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)。 %f1>cO9[  
 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。 |PxTm  
krMO<(x+  
2. VirtualLab的SLM模块 tDQuimYu7  

0K'^g0G  
"pMx(  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 zPc kM)  
 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。 rv<_'yj  
fWs@ZCt  
3. SLM的光学功能 kK~,?l  
6DT^:LHS  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 []l2 `fS#  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 9D[Jn}E:  
 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。 A+41JMH  
B>UF dj]-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd .I%`yhCW  
AMre(lgh  
 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。 >m+Fm=  
9/#
?]
LJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )%wNVW 0C  
8)bqN$*h  
4. 对比：光栅的光学功能 ]114\JE  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 wCgi@\  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 \'CA:9V}  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 H;c3 x"  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 >K n7A  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 hl$X.O  
2(
i|n=  
*;:dJXR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zVvL!  
ac!!1lwA  
5. 有间隔SLM的光学功能 N~|Z@pU"  
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。 0vZ49}mb)  
qO{Yr$V%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd $*+IsP!  
*2>kic aH  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 O9ar|8y  
({0:1*lF@  
K_ Odu^  
6. 减少计算工作量 N|e#&  
bbs'>D3  
采样要求： 5@_kGoqd  
 至少1个点的间隔(每边)。 xi[\2g+  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 YkSHJ{>  
RXRoMg!-P  
采样要求： 5tl($j  
 同样，至少1个点的间隔。 z\`tnz7>$  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 5m2f\^U  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 1) Nj.#)  
/|m0)H.>  
 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。 0k G\9  
 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。 t76B0L{  
 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)。 9Cz|?71  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 b\S~uFq6  
+_1sFH`  
2ElZ&(RZJF  
] @:x<>  
s#H_QOE  
7. 指定区域填充因子的仿真 E NrcIZ  
mXs.@u/  
 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。 $wC'qV *  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ..7"<"uH  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 8j)*T9  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 H[RX~Xk2E  
yoH,4,!G  
K\FLA_J  
8. 总结 K3k{q90   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &2bqL!k  
Bo$dIn2_  
第1步 :$*@S=8O  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ^yX>
^1  
C55Av%-=  
第2步 K /$-H#;N  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 i1ScXKO  
扩展阅读 ;I?x;lH  
扩展阅读 !Df>Q5~g  
 开始视频 ey6ujV7!  
-    光路图介绍 O(6j:XD  
 该应用示例相关文件： V8#NXUg<!  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 c\;_jg  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ~dk97Z8  
qOy0QZ#0  
/0o#V-E)  
QQ：2987619807 Sm{> 8e}UE  

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报告大纲
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） |-)8=QDz)r  
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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 !=A;?Kdq  
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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 6i2%EC9  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）