[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) t >64^nS  
=b6G' O[  
应用示例简述 :< ]sJfN  
`X&d:!}F  
1. 系统细节 HyQ(9cn|  
 光源 w17{2']  
— 高斯光束 &d!ASa  
 组件 &=Y%4vq  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 CX{M@x3m  
 探测器 - ikq#L){  
— 视觉感知的仿真 |`I9K#w3  
— 电磁场分布 jW| ,5,43  
 建模/设计 3c`  
— 场追迹： op&j4R  
 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。 I.2>d_^<  
6l"4F6  
2. 系统说明 >k}Kf1I  
Ym-mfWo^#  
3Dh{#"88  
3. 模拟 & 设计结果 +&1#ob"6lq  
0J5$ Yw1'F  
4. 总结 4;IZ}9|G  
bg|=)sw4  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 VdL }$CX$  
eNFA.*p<  
第1步 ,mD$h?g  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 z3fU|*_c  
jlD3SF~2  
第2步  )Z:maz  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `V[ hE r|  
[Fd[(  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 LXc;`]  
,;=is.h9  
应用示例详细内容 6k1_dRu  
2m&?t_W  
系统参数 # o\&G@e}  
. Eb=KG  
1. 该应用实例的内容  t|:XSJ9  
|'L$ogt6  
*^\u%Ir"  
2. 设计&仿真任务  n4AQ  
DCCij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。 c 8|&Q  
d\ Xijy  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 (rf8"T!"  
vrsOA@ee3H  
p1\EC#Q  
4. 参数：SLM像素阵列 Q>/[*(.Wd  
\#'m([<e  
~</H>Jd  
5. 参数：SLM像素阵列 # 9ZO1\  
-s:NF;"  
/.1h_[K]  
应用示例详细内容 k8ymOx  
m\|ie8  
仿真&结果 be&,V_F  
]. ^e[v6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ]~m2#g%  
 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)。 Ni61o?]Nj  
 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。 MSS0Sx<f  
a#P
{[  
2. VirtualLab的SLM模块 z Q11dLjs  

(w, Gv-S  
h&t9CpTfeJ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 v6KF0mqA&  
 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。 2-u9%  
d-$/C| J  
3. SLM的光学功能 'Y-Y By :  
Gn?<~8a  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 E#+|.0*!s  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~@ hiLW  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 5!d'RBO   
q*K.e5"
'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd B3&`/{u  
{o.i\"x;  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Qw/H7fvh&  
\@:mq]Y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7-MkfWH2b6  
s4{>7`N2  
4. 对比：光栅的光学功能 o51jw(wO  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 p EbyQ[  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ."JtR  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 A
;C)#Q/  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 Ln5g"g8gb%  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 5Qgh\4  
yj C@  
kG$U  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;R{ffS6  
"E )0)A3=  
5. 有间隔SLM的光学功能 $|bdeQPr\  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ~5b^Gvb?  
\L{V|}"X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ; )J\k2  
/%w
3(e  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |jE0H!j  
0P_3%   
:f5"w+  
6. 减少计算工作量 eUE(vn#  
#=\nuT'oy  
采样要求： rRzc"W}K+  
 至少1个点的间隔(每边)。 _iZ_.3Ip  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 &x<y4ORH|  
wW+@3bPl  
采样要求： &)v}oHy,m  
 同样，至少1个点的间隔。 &a bR}J[  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 8[xl3=  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 1A.ecv'  
xl4A<  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 TQg~I/  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 TdWatvY5p  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 @j|=M7B  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 - HiRXB  
y$C\b\hM  
r>ca17  
NANgV~Y&  
sw$$I~21  
7. 指定区域填充因子的仿真 Ne9S90HsB6  
pDV8B/{  
 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。 GjH$!P=.  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 GP{$w_'!J0  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。
Usz O--.C  
 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)。 >#~>!cv6D  
SM8Wg>  
!b4
v}70,  
8. 总结 "9bd;Tt:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 FH7h?!|t  
[h[@?8vB  
第1步 NY3.?@Z  
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。 {7Q)2NC  
{k8R6l1  
第2步 %"CF-K@th  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^9fY
%98  
扩展阅读 ! n13B  
扩展阅读 &-zW1wf  
 开始视频 ^e\H V4s  
-    光路图介绍 7X`]}z4g  
 该应用示例相关文件： [Lal_}m?  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 hYB3tT  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 bAS/cuZs  
wlsq[xP  
<kOdd)X  
QQ：2987619807 <e'/z3TbRW  

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报告大纲 ]Z?jo#F  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） _B0C]u3D  
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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 k)R~o b  
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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 RTr"#[  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）