[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) X63DBF4A  
r}QW!^F  
应用示例简述 _qmBPUx  
"31GC7  
1. 系统细节 -^;G^Uq6=  
 光源 W?'!}g(~  
— 高斯光束 gzP(LfI5  
 组件 [/*854  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 slHlfWHq  
 探测器 Eln"RKCt}9  
— 视觉感知的仿真 bsPwTp^
 
— 电磁场分布 qEf)TW(  
 建模/设计 'mug,jM  
— 场追迹： C|W_j&S65  
 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。 .$4DK*  

(XRj##G{  
2. 系统说明 TRAs5I%  
d+ih]?  
6yTL7@V|B  
3. 模拟 & 设计结果 t3Q;1#Zf  
$&k2m^R<  
4. 总结 &6MGPh7T  
3T Q#3h  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 e
z86+  
kd'qYh  
第1步 =}r&>|rrJ  
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.,:rX0S  
kzns:-a  
第2步 &N*S   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -j]r\EVKS  
!U,qr0h  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 xwT"Q=|kW  
R`ZU'|  
应用示例详细内容 F!`.y7hY@  
nf/iZ &  
系统参数 n1uJQt  
\(Zdd \,  
1. 该应用实例的内容 ,A =%!p+  
x7Ly,  
\D
,0  
2. 设计&仿真任务 \#2,1W@  
WqY:XE+?\  
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。 yKOf]m>#  
1(hgSf1WH  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 x}N+vK  
>|@ /GpD  
wXXv0OzK  
4. 参数：SLM像素阵列 uTP=kgYqJ  
{E6b/G?Q  
p5)A"p8"9,  
5. 参数：SLM像素阵列 3'u%[bx E  
M29[\@zL  
b |m$ W  
应用示例详细内容 ;5"r)F+P  
bMkn(_H)\  
仿真&结果 Gk799SDL  
(sJ{27b_  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM -Q 6W`*8  
 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)。 $
CL=M  
 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。 }#EiL !Pv  
fgn*3 pg  
2. VirtualLab的SLM模块 l+R-lsj  

B{s[SZ  
NO`a2HR$  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 vh?({A#>.E  
 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。 X[NsdD?w1+  
go2:D#mf  
3. SLM的光学功能 b*dRNu  
VC>KW{&J0  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 N[aK#o,  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (.%:Q0i1  
 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。 @U5+1Hjc  
y7d)[d*Mz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd /o8`I m   
jh\q2E~,`  
 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。 8EbYk2j  
4X#>;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd RG:ct{i  
YaSwn3i/@S  
4. 对比：光栅的光学功能 'OBAnE<.  
 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。 6prN,*k5  
 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。 S5m1~fz  
 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)。 g"#R>&P  
 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。 1v`<Vb%"}T  
 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。 f_D1zU^  
*|euC"5c  
IO^O9IEx,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd w4(DR?[nC  
bhe|q`1,E  
5. 有间隔SLM的光学功能 Qkr'C n  
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。 qZ_^#%zO  
v`y{l>r,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd tBrd+}
e2*  
7OC,KgJ3  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 {_^sR}%]F  
<0R?#^XBZB  
?>RJ8\Sj  
6. 减少计算工作量 ^Y #?@  
>L&>B5)9  
采样要求： $D9JsUij  
 至少1个点的间隔(每边)。 tTWYlbDFN  
 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。 gyI5;il~  
zUwz[^d<C  
采样要求： ua4QtDSs  
 同样，至少1个点的间隔。 O%0G37h  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 jew?cnRmd  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 N<N!it  
>-y'N.l^  
 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。 S'6(&"XCH  
 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。 w?!@fu  
 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)。 oxcAKo  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 P}?
,*'b  
O^U{I?gQ  
]MUuz'<
 
[Y'Xop6G  
}p8a'3@Z  
7. 指定区域填充因子的仿真 KS(s<ip|  
g<UjB  
 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。 m:p1O3[R  
 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。 Wv(VV[?/&  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 i/)Uj-*G)  
 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)。 l)XzU&Sc~  
<k<  
'Ur$jW  
8. 总结 ZZl)p\r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :j?Lil%R  
v9M;W+J  
第1步 B[cZEFo\
 
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。 q'c'rN^  
EVRg/{X  
第2步 A5?[j QT0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =GnDiI  
扩展阅读 q\mVZyj  
扩展阅读 bX5>qqB]  
 开始视频 LRB#|PW  
-    光路图介绍 #W!@j"8eK  
 该应用示例相关文件： 'y;[ fwo7  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 BhdJ/C^  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 H$1R\rE`  
Xv=n+uo  
g<}K^)x  
QQ：2987619807 Ds0^/bYp&  

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报告大纲 }cMb0`oA  
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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 41,Mt  
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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 7pmhH%Dn$  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）