[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) YAC=V?U-#  
h9>~?1$lz  
应用示例简述 .6(Bf$E  
$-5iwZ  
1. 系统细节 ib/&8)Y+J  
 光源 Vnv<]D zC  
— 高斯光束 pc^(@eD  
 组件 F3,hx  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 2X]2;W)S;  
 探测器 rQj.W6w=  
— 视觉感知的仿真 - FA#hUK$  
— 电磁场分布 +3]@0VM26;  
 建模/设计 i\},  
— 场追迹： +]`MdOu  
 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。 6H.D`"cj  
i. `S0  
2. 系统说明 %mtW-drv>  
fVb&=%e  
)I.[@#-  
3. 模拟 & 设计结果 A}H)ojG'v  
UKMrR9[x*  
4. 总结
~WR6rc  
i?4vdL8M  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 t#6gjfIi  
Fg5>CppH  
第1步 -Ww'wH'2  
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。 Gob1V  
DE."XSni  
第2步 S7E:&E&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #x':qBv#  
~iEH?J%i1r  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 _2}i8q:  
.OXvv _?<  
应用示例详细内容 19bP0y  
[M Z'i/  
系统参数 cXE42MM  
l4L&hY^  
1. 该应用实例的内容 l_>^LFO
A  
t}_qtO7>  
KosAc'/ M  
2. 设计&仿真任务 l)a]V]oQ  
RfEmkb<9Z  
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。 42ttmN1F  
MFiX8zwhx+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _Bb/~^  
nFX8:fZ$>  
~O 65=8  
4. 参数：SLM像素阵列 EAj2uV  
`fY~Lv{4d_  
iW.8+?Xq&  
5. 参数：SLM像素阵列 0rsdDME[  
na(@`(j[  
B~jl1g|  
应用示例详细内容 k8 ,.~HkU  
m~(]\  
仿真&结果 wu/]M~XwI  
~ NKw}6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM A^bg*t,  
 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)。 tm#T8iF  
 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。 ]wER&/v"  
Do=*bZ;A  
2. VirtualLab的SLM模块 [-{L@  

j
xZR%D  
K/g\x0  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 #gUM%$  
 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。 A_CEpG]  
sn}U4=u  
3. SLM的光学功能 %kKe"$)0  
q,PB;TT  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 do+HPnfDzU  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 UStZ3A'  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 5ok3q@1_]{  
5d*k[fZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd _;G"{e.=  
<,`=m|z9k  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ]uWx<aDB  
z X2BJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd bJx{mq  
M})2y+  
4. 对比：光栅的光学功能 WG1UvPK  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 k$i76r  
 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。 (TVzYm y  
 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)。 y4C_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。 oz(<e  
 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。 wHx1CXC  
p*-o33Ve  
=xS(Er`r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #hH"g  
kbI:}b7H  
5. 有间隔SLM的光学功能 0>)('Kv  
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。 )67Kd]  
p6A"_b^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd gX{V>T(<  
di "rvw;R  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 S=0zP36kH:  
\XCs(lNh  
Io|NL6[  
6. 减少计算工作量 G!ty@ Fx  
Y@
Lv>p  
采样要求： INyreoMp  
 至少1个点的间隔(每边)。 |FS79Bv  
 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。 Qx>S>f  

lo,
?mj%M  
采样要求： E@}t1!E<  
 同样，至少1个点的间隔。 >dUnk)7  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 r\F`xtR(  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 N*|Mfpf  
%F3M\)jU  
 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。 N>z_uPy{A  
 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。 G)?VC^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)。 +w?RW^:Q=  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 1,p7Sl^h  
RQ X  
1ZJP.T`  
y"<nx3  
f[6;)ZA  
7. 指定区域填充因子的仿真 /VgA}[%y  
GO.mT/rB  
 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。 ~]*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。 ?dl7!I@<E<  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 (%rO'X  
 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)。 nAZuA]p}S]  
 5%mc|  
!_QE|tVeR  
8. 总结 7{ (t_N>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uCB7(<  
puV(eG  
第1步 ZxlQyr`~a(  
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。 U!r2`2LY  
u7=`u/  
第2步 QmvhmsDL  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YLVIn_\}  
扩展阅读 6+b!|`?l+  
扩展阅读 02g}}{be8  
 开始视频 c:.k2u  
-    光路图介绍 EJ;:O1,6H  
 该应用示例相关文件： iq)4/3"6  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 h.gj4/g  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 h$)+$^YI  
FX`SaY>D  
(]n^_G#-$  
QQ：2987619807 EtjN :p|$  

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报告大纲 y qDE|DIez  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） kH:! 7L_=  
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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 ^UTQcm  
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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 fy&vo~4i;  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）