[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) 5j~1%~,
#  
<`?V:};Q  
应用示例简述 H&SoVi_V  
EECuJ+
T  
1. 系统细节 952l1c!
  
 光源 Sp/<%+2(  
— 高斯光束 4Kh0evZ  
 组件 wV^c@.ga  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 N;S1s0FN  
 探测器 mlix^P  
— 视觉感知的仿真 pD17r}%  
— 电磁场分布 l05'/duuJ  
 建模/设计 wl/1~!  
— 场追迹： Yfr4<;%  
 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。 n?:%>Os$  
g[Q+DT  
2. 系统说明 H>]A|-rG#  
:Z&<5  
$pJw p{kN  
3. 模拟 & 设计结果 @!Rklhb  
Q
!y%N&  
4. 总结 T#.pi@PF>  
3IG<Ot9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |8?DQhd}  
k}0b7er=R  
第1步 {s>V'+H(F  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 .'
PS L  
]$i@^3`[w  
第2步 8Dkq+H93  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^*"i *e  
$38)_{  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ckYT69U  
an2Yluc;  
应用示例详细内容 mXs.@u/  
y96HTQ32  
系统参数 G8&/Ic  
#z+?t  
1. 该应用实例的内容 cH6++r  
-B& Nou
 
e'MW"uCP}  
2. 设计&仿真任务 H128T8?r[  
u|cP&^S  
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。 #$ 4g&8  
tb4^+&.GS  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 bTt1y
O  
;0l
Y_ii  
IGOEqUw*  
4. 参数：SLM像素阵列 i1ScXKO  
;I?x;lH  
nS](d2  
5. 参数：SLM像素阵列 IN75zn*%  
Y5c[9\'\  
!t+ 3DMPn  
应用示例详细内容 oFGWI#]ts>  
1obajN  
仿真&结果 )-X/"d  
J0Gjo9L  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM
OA^6l#  
 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)。 2 w6iqLr?  
 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。 h5(OjlMC  
Y]tbwOle  
2. VirtualLab的SLM模块 9Dbbk
/j|
 

3m| C8:  
]GO=8$Z  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 \ef:H&r  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 ]t
zF Ob  
%>$Puy\U  
3. SLM的光学功能 74 &q2g{  
q[GDK^-g  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 J;=T"C&  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 \!xCmQ  
 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。 hI9q);g  
{A'
*3(8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd qtmKX  
9w~SzpJ%  
 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。 u HW'F(;  
[N12X7O3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd `ZbFky{  
Ch\__t*v!  
4. 对比：光栅的光学功能 QYi4A"$`  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 7WwE] ^M  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 (k8}9[3G  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 R1
*4  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 6']HmM  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 L^r & .N\  
e,&#,O  
<#RVA{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^,#
my<{  
>lfuo  
5. 有间隔SLM的光学功能 8NiR3*1  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 tJybR"NQ  
b]f
x  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Sg4{IU  
=~k c7f{  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 G[`1Yw$  
IrMB=pWo  
r fzNw  
6. 减少计算工作量 ![sXR  
7YR|6{@  
采样要求： JXM]tV  
 至少1个点的间隔(每边)。 yIrJaS-  
 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。 xDGS`o_w_  
+[<YE  
采样要求： GB35ouE  
 同样，至少1个点的间隔。 E5$]0#jB  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 B6Eu."T  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 jj1\
oyQ8  
A4'5cR9T!  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 5nUJ9sqA  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 -^5467  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 s2#Ia>5!  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]%)<9]}  
o6d x\  
Ps74SoD-  
,/D}a3JD  
xH xTL>,?  
7. 指定区域填充因子的仿真 Vv45w#w;  
5&V=$]t  
 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。 G$>
QH-p  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 REU,"  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~/]]H;;^u  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 o`,~#P|  
j/z=<jA  
&CQO+Yr$l  
8. 总结 V`1,s~"q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;~EQS.Qp  
Aj)Q#Fd[  
第1步 ?9kC[4G  
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。 t/\
 
d=PX}o^  
第2步 "FWx;65CR  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V}Y*Yv  
扩展阅读 a:fP  
扩展阅读 l6ym <V(1p  
 开始视频 r<uc
HRO#  
-    光路图介绍  ch8a  
 该应用示例相关文件： A^>@6d $2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 y:W6;R  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 XP:A"WK"  
IWQ0I&tzdx  
T&?g)  
QQ：2987619807 IT1YF.i  

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报告大纲 uY]';OtG  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） ~H}Z;n]H  
9@*pC@I)  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 zg2d}"dV  
x{1 v(n8+=  
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 s41%A2Enh  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）