[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) *=I
f1qZs  
1 l*(8!_  
应用示例简述 WT!\X["FI$  
<VxpMF  
1. 系统细节 y=qo-v59'  
 光源 6'*Uo:]  
— 高斯光束 GuY5 %wr  
 组件 @SG="L  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %iS]+Sa.K  
 探测器 2GKU9cV*`  
— 视觉感知的仿真 GV@E<dg$R  
— 电磁场分布 &b6@_C9  
 建模/设计 xv%USm  
— 场追迹： u`Qcw|R+  
 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。 hSKH#NS  
hYv 6-5_  
2. 系统说明 Aag)c~D  
/\$|D&e  
~_j%nJ &2  
3. 模拟 & 设计结果 v4##(~Tu  
wJR i;fvi  
4. 总结 N3c)ce7[  
p{svXP K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 sr@XumT  
]9< 9F ?  
第1步 fX$4TPy(h  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 C(*@-Npf[  
-LK(C`gB  
第2步 o
4'4Hy  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F20-!b  
@=#s~3  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 wR+`("2{r  
V//q$/&8(  
应用示例详细内容 )hJjVitG  
}J'wz;t1  
系统参数 4x?u5L 9o  
UkbQ'P+oS  
1. 该应用实例的内容 ];~[Olc  
C{,] 1X
6g  
JU \J   
2. 设计&仿真任务 ZV4' |q  
',s7h"  
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。 :9q^  
t}+c/ C%b=  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 /~huTKA}  
il%tu<E#J~  
'<D}5u72  
4. 参数：SLM像素阵列 cE>/iZc  
gL"Q.ybA  
)mVYqlU"  
5. 参数：SLM像素阵列 |8{iIvi/  
c O>:n  
pcTXTy 28  
应用示例详细内容 S,v>*AF  
L(P:n-
^  
仿真&结果 7:E#c"S q  
}eFUw  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM G*p.JsZP  
 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)。 tS|zf,7  
 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。 pytfsVM  
,k' 6<Hw  
2. VirtualLab的SLM模块 -"9)c^KVx  

d6 EJn/  
UzHhU*nW  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 v+o3r]Y6  
 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。
TEZqAR]G  
 Jiylrf`o  
3. SLM的光学功能 s(Bi&C\  
l8us6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2_v+q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 eG>Fn6G<g  
 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_U0HVx_  
S9+gVR8]C  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd jN>UW}?  
R:x04!}  
 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。 a3IB, dr5P  
irj}:f;!eF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
* xXc$T  
ys6"Q[B  
4. 对比：光栅的光学功能 G)|HFcE  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 8^i,M^f^{  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 oioN0EuDk  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 _tJURk%  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 oYx f((x  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 wk/U"@lq  
A~SSu.L@  
0Hf-~6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd -z1
o~~  
F$p,xFH#  
5. 有间隔SLM的光学功能 Gfch|Q^INy  
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。 w*@Z-'(j  
Ggjb86v\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd *9^k^h(r&4  
<)rH8]V  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 k5CIU}
H"  
IWnW(>V  
 :Xr3 3  
6. 减少计算工作量 -bQvJ`iF  
rVmO/Y#Hx$  
采样要求： T5G+^XDA  
 至少1个点的间隔(每边)。  1uzfV)  
 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。 e{S`iO  
"+Rm4_  
采样要求： b~echOj  
 同样，至少1个点的间隔。 24l9/v'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 2b1:Tt9  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ^>uGbhBp  
mt7:`-  
 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。 6Z:|"AwC2  
 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。 .1M>KRSr,  
 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)。 wt,N<L  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 [-a/]  
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~z^I  
Fd'L:A~  
Id1[}B-T  
5J3kQ;5Q?  
7. 指定区域填充因子的仿真 tJ3s#q6  
qpCi61lTDJ  
 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。 rR;Om1 -,  
 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。 B9\o:eY  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 {'[1I_3  
 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)。 H8U*oLlc  
$E6uA}s  
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1z.J  
8. 总结 cMAfW3j: ;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 K*[wr@)
u  
>dY"B$A>  
第1步 lN"rhZ  
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。 :#;?dMkTY  

7#QH4$@1P  
第2步 h#9)M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 H*IoJL6
 
扩展阅读 L}+!<Ug  
扩展阅读  _>l,%n  
 开始视频 aleIy}"  
-    光路图介绍 9X~^w_cdk  
 该应用示例相关文件： #'oK
krl  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 zwS'AN'A  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 iV=#'yY  
.X9^A,9  
q\<vCKI-^  
QQ：2987619807 suwj1qYJ4  

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报告大纲 YG%Zw  
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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 3,GSBiK3}  
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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 +VJl#sc/;  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）