[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) Nu{RF  
/kVy#sT|  
应用示例简述 Bd"7F{H  
^ :Q |,oy  
1. 系统细节 >|7&hj$  
 光源 N2tvP+Z6D  
— 高斯光束 );;
UNO21+  
 组件 n@g[VR
2t  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 a(8]y.`Tv  
 探测器 Af0E_  
— 视觉感知的仿真 Q;5'I3w  
— 电磁场分布 Y@u{73H  
 建模/设计 Z#;ieI\  
— 场追迹： D
l/UZ@8pl  
 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。 &H5 6mL{  
^O\tN\g;c  
2. 系统说明 Z/uRz]Hi  
5 |C;]pq  
i`8!Vm  
3. 模拟 & 设计结果 jO:<"l^+u  
Ed*`d>  
4. 总结 <WBGPzVZE  
K{>O.5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rmQGzQnun  
<k^9l6@  
第1步 ~`_nw5y  
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??<3j+Iu  
+bf%]   
第2步 NnHM$hEI"U  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _W#27I  
web&M!-  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 S%xGXmZ  
NK#Dq&W+&  
应用示例详细内容 sQihyq6U;  
nNilTJ   
系统参数 Bdbw!zRR$  
( v ~/glf  
1. 该应用实例的内容 &<^@/osi  
FT(EH  
4VU5}"<  
2. 设计&仿真任务 Dh +^;dQ6  
-U/&3  
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。 `(o1&  
Ha C?,  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $V~%$  
R?&S]?H  
V">Uh@[J_  
4. 参数：SLM像素阵列 Gh{k~/B  
GF/p|I D  
w@%W{aUC  
5. 参数：SLM像素阵列 3UN Jj&-`  
O&w$  
#sqD
Z]\B  
应用示例详细内容 A&t'uY6  
HZK0Ldf  
仿真&结果 P^h2w%6'  
8v]{ 5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM G0]n4"~+?  
 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)。 +.lO8  
 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。 .ySesN: C~  
nev*TYY?A  
2. VirtualLab的SLM模块 "!Qhk3*  

aF;&#TsB  
{YGz=5^  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 'g=yJ  
 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。 xd .I5  
Dh9-~}sW'  
3. SLM的光学功能 dIpt&nH&$  
|t]9RC.;7  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 yh0|f94m  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 4 ^+hw;  
 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。 uRL3v01?H0  
\ qs6%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd a<Ns C1  
S|>Up%{n[  
 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。 y2qESAZ%k}  
_N-7H\hF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd d#b{4zF"  
f<}!A$wd  
4. 对比：光栅的光学功能 Fb``&-Qm:  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 - 5k4vx N}  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 Wig0OZj  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 c^6`"\X^g  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 E%;'3Qykva  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 )Xh_q3=  
Ov<3?)ok  
vfbe=)}[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd `?D_=Gw  
:>;psR  
5. 有间隔SLM的光学功能 I?Zs|A  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 P5d@-l%}  
{&<}*4D  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Y(:OfC?  
xBZ9|2Y s  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Fd\XDc[g  
=3zn Ta }  
EIYM0vls(  
6. 减少计算工作量 dH/t|.%  
\Zh)oUHd  
采样要求： RYV6hp)|  
 至少1个点的间隔(每边)。 eFnsf}(Iy  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 hZ'oCRM  
5"gRz9Ta`  
采样要求： 2 Lamvf  
 同样，至少1个点的间隔。 kR6 t .  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 (wlsn6h  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 uv-W/p  
4y1>!~f  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _$'Mx'IC=  
 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。 KJ)nGoP>  
 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
@GfO\ o  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 5j{@2]i  
,SyUr/D  
eTF8B<?  
a`-hLX)~Z  
)*A,L%  
7. 指定区域填充因子的仿真 ).]m@g:ew  
1:Yt2]  
 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。 bSr 'ji  
 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。 46zaxcY<!  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 lz)"zV  
 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)。 FR}H$R7#  
w}.'Tebu  
;/V@N |$n  
8. 总结 ,OKM\N,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 F3Y>hs):7  
Z0=m:h  
第1步 gr 5]5u   
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。 $CmX &%L=  
y^AA#kk  
第2步 Xo@YTol  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VDTY<= Q  
扩展阅读 ~& 5&s  
扩展阅读 RGO:p]t|  
 开始视频 (oXN>^-D  
-    光路图介绍 m"G N^V7  
 该应用示例相关文件： Is@a,k  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 N}Ks[2  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 |mk}@OEf  
,8IAhQa  
8sIrG  
QQ：2987619807 kP)o=\|W{z  

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报告大纲 f>r3$WKj  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） D#7_TKX  
T;!ukGoFP  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 JA)o@[lF  
T^$g N|  
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 1s`)yu^`v  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）