[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) ;_K3/:  
{}n]\zO %  
应用示例简述 ufF>I  
%&5PZmnW  
1. 系统细节 De-hHY{>  
 光源 s+-V^{Ht  
— 高斯光束 6"L,#aKm^  
 组件 u\AL`'v  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Oxp!G7qfo  
 探测器 5r` x\  
— 视觉感知的仿真 '% if< /  
— 电磁场分布 '8"nXuL-  
 建模/设计 5%jy7)8C  
— 场追迹： jhJ'fI  
 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。 u~~H'*EM  
c;B:o  
2. 系统说明 Wt M1nnJp  
KaIkO8Dq0  
Y6E0-bL@Fe  
3. 模拟 & 设计结果 1xD?cA\vu  
8yC/:_ML  
4. 总结 wVmQE  


*%ta5a  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 UrmnHc>}c  
edL sn>\*#  
第1步 7PW7&]-WQ  
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。 _u9bZ'  
KIGMWS^^  
第2步 @s|G18@
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U1)!X@F{  
8xb({e4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 vNQ|tmn  
RgD%pNhI  
应用示例详细内容 bs_< UE  
 WjsmLb:5  
系统参数 *AG01# ZF  
UZ;FrQ(l{  
1. 该应用实例的内容 )agrx76]3w  
{rzvZ0-j}  

j%)@f0Ng  
2. 设计&仿真任务 m^o?{ (K  
fP/;t61Z  
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。 ~[Z(6yX  
hiEosI C  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _/NPXDL  
13p
.dp`  
.1f!w!ltVR  
4. 参数：SLM像素阵列 ?P;=_~X  
8I7JsCj  
m>^vr7  
5. 参数：SLM像素阵列 ()ww9L2  
pD]2.O  
i 2 ='>  
应用示例详细内容 #!C|~=  
s_P[lbHt
.  
仿真&结果 u/apnAW@M  
ul{D)zm\D  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM wAo6:)  
 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)。 }vd72PB  
 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。 (@NW
2  
bQ-n<Lx  
2. VirtualLab的SLM模块 ]Na;b  

N>w+YFM  
i(4.7{*  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 XCT3:db  
 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。 r_MP[]f|0  
63'L58O  
3. SLM的光学功能 3uL$+F  
y]g
5S-G  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 U45-R-  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 .Ms$)1  
 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。 em2Tet  
*i"Mu00b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd c_u7O \  
ab[V->>%  
 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。 & j*Ylj}  
Ym#io]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :BF WX  
jGYl*EBx  
4. 对比：光栅的光学功能 Li+|%a  
 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。 bYYjP.rcF  
 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。 Yc5<Y-W  
 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)。 0R;`)V\^  
 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。 nv3TxG  
 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。 E O"  
X{iidTW`xv  

F.D6O[pZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd knzQ)iv&&  
u4xJ-Vu  
5. 有间隔SLM的光学功能 t&-c?&FO\;  
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。 xR;z!Tg)  
o3`0x9{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd N@"e^i  
}mS Q!"f:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Xy9'JVV6  
(kx>\FIK*  
!v*#E{r"g=  
6. 减少计算工作量 %5;kNeD\Fq  
KF7d`bRe  
采样要求： hDbZ62DDN  
 至少1个点的间隔(每边)。 T{ lm z<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。 w_YY~Af  
(CE2]Nv9")  
采样要求： _X)]/A%@  
 同样，至少1个点的间隔。 8g/r8u~  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 WX+@<y}%  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 {9hhfI#3_  
">s0B5F7  
 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。 *T{KpiuP  
 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。 XlGB`P>?KD  
 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)。 Lya?b  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 5;9.&f  
'IER9%V$  
`~@}f"c`u  
=OR&,xt  
;e~K<vMm;y  
7. 指定区域填充因子的仿真 os(}X(   
5JZZvc$au  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 94XRf"^  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 }Z
`@Z'  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 t;[Q&Jl  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 p-/}@r3Z+  
7p18;Z+6>X  
^N~Jm&I  
8. 总结 1xwq:vFC.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [92bGR{  
.gI9jRdKw  
第1步 b$FXRR\G  
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。 gwYTOs^  
,]?l(H $x'  
第2步 5gPAX $jH  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 St1>J.k_  
扩展阅读 I3?:KVa  
扩展阅读 sQT,@'"  
 开始视频 {XYf"ONi  
-    光路图介绍 n]btazM{   
 该应用示例相关文件： Fw;Y)y=O  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 +z\O"zlj  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 +'I8COoiv%  
SiJX5ydz  
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QQ：2987619807 nzu 3BVv  

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报告大纲 e?lqs,m@"  
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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 83l)o$S  
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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 (Fgt#H(B  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）