[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) ^fd*KM  
=z9,=rR4  
应用示例简述 ./7-[d  
6K8v:yYPa  
1. 系统细节 #WG;p(?:  
 光源 @%u}|iF|  
— 高斯光束 |p+FIr+  
 组件 b|x B<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `l?MmIJ  
 探测器 _O87[F1  
— 视觉感知的仿真 ]x8Y]wAU&{  
— 电磁场分布 RYC%;h  
 建模/设计 BDPE.8s  
— 场追迹：
$?:IRgAr  
 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。 
W"#<r  
O3slYd&V  
2. 系统说明 im:[ViR {  
6-?/kY6  
6OC4?#96%'  
3. 模拟 & 设计结果 Dvz 6 E  
O\yYCi(  
4. 总结 :u=y7[I  
qx >Z@o
 
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 CP"5E?dcK  
(qc<'$o  
第1步 PPpaH!(D  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 *qL2=2  
Edh9=sxL  
第2步 9,Dw;|A]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;*Y+.?>a  
Wx;%W"a  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 <daH0l0  
H)*%eG~  
应用示例详细内容 'i3-mZ/|8  
%O(W;O  
系统参数 !m_y@~pV#u  
>c:nr&yP  
1. 该应用实例的内容 ~]W @+\l  
E'8XXV^I?P  
z:dW'U?1  
2. 设计&仿真任务 {~EsO1p  
/-@F|,O)$n  
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。 1dp8'f5^  
w[QC  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 u,YmCEd_V  
ZS_ z  
jgpF+V-n$  
4. 参数：SLM像素阵列 4_CXs.v1  
]4*E:  
vPy."/[u  
5. 参数：SLM像素阵列 0H
}O6kU  
>K%+h)%kI  
Ix=(f0|  
应用示例详细内容 yG#x*\9  
+]H!q W:  
仿真&结果 3<a|_(K  
(8W?ym  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ^q}phj3E  
 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)。 ] TZ/=Id  
 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。 Je'%E
J  
h:z$uG  
2. VirtualLab的SLM模块 G&6`?1k  

{t'SA]|g  
KmD#I
a  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 *'n=LB8R  
 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。 yWH!v]S  
4>HQ2S{t  
3. SLM的光学功能 YZ->ep}  
?FZ) LZM  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 <\ ".6=E#W  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ?%Pi#%P  
 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。 +-hfl/$  
="g9>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd a63Ud<_a7  
Fl==k  
 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。 1)-VlQK p  
O`>u70  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =}+xD|T  
e:QH3|'y  
4. 对比：光栅的光学功能 '?mky,:HT  
 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。 [F27i#'I]  
 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。 >(Wt  
 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)。 0SZ:C(]  
 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。 Z+FhI^  
 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。 \
tU[,3  
"@xL9[d  
9.Sv"=5gz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4)snt3k  
|L <  
5. 有间隔SLM的光学功能 JWxSN9.X  
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。 2d OUY $4  
~.S/<:`U  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 8(-N;<Ef2  
( d8rfet  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 wr6(C:  
\%#
luk@:  
v@:m8Y(t  
6. 减少计算工作量 r)dXcus  
q
i1#s,  
采样要求： XE:bYzH  
 至少1个点的间隔(每边)。 55Ye7P-d  
 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。 h7}P5z0F  
*Y ?&N2@c  
采样要求： ZP4y35&%y  
 同样，至少1个点的间隔。 R+=Xr<`%U|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 U;U19[]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 6?l|MU"Q.  
}pT>dbZ
  
 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。 _&$nJu  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 B,{Q[  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Ehtb`Ms  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 )dRBI)P  
6"o@d8>v  
6[]O3Aa  
>td\PW~X  
G>+iisb%  
7. 指定区域填充因子的仿真 d((,R@N'  
4~0@(3  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 S\A9r!
2  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 4AN(4"$N  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 a+`;:tX,  
 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)。 D^H4]
7wG@  
R lmeZy4.  
NKu*kL}W=  
8. 总结 b5UIX Kim  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^A t,x  
9Qc=D
"'  
第1步 _I#a`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。 o:RO(oA0?  
esHcE{GNOS  
第2步 (fC U+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A}0u-W  
扩展阅读 .v#Tj|w^  
扩展阅读 +C`zI~8  
 开始视频 >L88`  
-    光路图介绍 Jgzg[6  
 该应用示例相关文件： EceD\}  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计  LhtA]z,m  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Q+^"v]V`d  
^$J.l+<hy  
[kPF Jf  
QQ：2987619807 ?lQ-HOAw  

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报告大纲 \TTt!"aK  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） Y8%*S%yO  
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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 |
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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 wA7^  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）