[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) &C.m*^`^  
m}GEx)Y D  
应用示例简述 w02t9vz  
8Lh[>|~=  
1. 系统细节 lCK|PY*  
 光源 HVaKy+RU  
— 高斯光束 ?v$1Fc55  
 组件 oPC qv  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 R\:t 73  
 探测器 ge!Asm K  
— 视觉感知的仿真 MB3 N3,yL  
— 电磁场分布 h f9yK6  
 建模/设计 (qg~l@rf  
— 场追迹： \!!1o+#1j  
 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。 A\T9>z^k  
zJT,Hv .  
2. 系统说明 ^ Mw=!n[  
?J's>q^X  
D[bPm:\0M  
3. 模拟 & 设计结果 x(bM   
&ZAc3@l[c  
4. 总结 <7yn:  
*kKdL  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 AW
/)R"+  
.p /VRlLU  
第1步 V|G
[j\]E<  
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。 n8 e4`-cY  
~R\U1XXyUY  
第2步 g@IYD  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 o>oZh1/\T,  
hSfLNvK  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 FN295:Iuw  
f f_| 3G  
应用示例详细内容 \'Ewn8Qv8  
2Wq/_:  
系统参数 b%M|R%)]  
I<L<xwh1(E  
1. 该应用实例的内容 6Rc%P)6  
u(P;) E"1  
"U%jG`q  
2. 设计&仿真任务 ybgAyJ{J<  
Cd51.Sk(l  
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。 W5a>6u=g,  
X]AbBzy  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 A
lQ  
P'q ._U  
+Y|HO[  
4. 参数：SLM像素阵列 o;M-M(EZQ6  
G?QU|<mj<  
t4CI+fqy  
5. 参数：SLM像素阵列 9G=Z
B^  
8GFA}_(^R  
1[r;  
应用示例详细内容 >Gyg`L\  
_HkB+D0v  
仿真&结果 b=j]tb,  
@dp1bkU  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 'P5|[du+  
 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)。 ?5#=Mh#  
 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。 ."\&;:ZNv  
yyVv@  
2. VirtualLab的SLM模块 lg!{?xM  

4*aNdh[t.  
_Q3Ad>,U  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 1F_ 1bAh$  
 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。 1WMwTBHy+  
]VS$ ?wD  
3. SLM的光学功能 U?:<clh  
|xQq+e}l<  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 9Ucn 6[W  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 >J[Wd<~t  
 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。 *|DIG{  
ooPH [p  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 8FY/57.W  
C5jR||  
 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。 k(v8zDq*  
a>{b'X^LV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Q9 *N/2+  
`X7ns?  
4. 对比：光栅的光学功能 _F1{<" 4  
 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。 #Ua+P(1q  
 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。 uY;2tZldf=  
 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)。 jW-j+WGSM  
 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。 ceu}Lp^%/  
 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。 &G>EBKn\2`  
JyX7I,0  
Sh_=dzM  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Gv,0{DVX<  
fYzOT,c  
5. 有间隔SLM的光学功能 U-#t&yjh#  
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。 o(/(`/  
;=.QT  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd n_n0Q}du  
{&Fh$H!  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 %q@eCN  
[[PUK{P0  
Y@S?0  
6. 减少计算工作量 .bYDj&]P{  
~OXC6z  
采样要求： 3?vasL  
 至少1个点的间隔(每边)。 A2b C5lA  
 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。 $e|G#mMd-  
7FVu[Qu  
采样要求： qYW{$K  
 同样，至少1个点的间隔。 gq6C6   
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @awaN  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 pX]*&[X?  
jG0{>P#+  
 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。 nzTzc5 w  
 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。 "9-duDg  
 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)。 +OF(CcA^  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Es kh=xA {  
%TUljX K}  
A`7uw|uO$  
W9?Yzl  
QK\QvU2y  
7. 指定区域填充因子的仿真 <=V2~ a
sB  
:XMw="u=  
 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。 ?J+[|*'yK  
 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。 buRXzSR  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 1V?}";T  
 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)。 Ho?+?YJ#P  
j8@YoD5o  
"RH2%  
8. 总结 qeCx.Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 IC9:&C[  
ke~O+]  
第1步 >Ge&v'~_|  
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。 RC8{QgaI  
+7o3TA]-  
第2步 YF@'t~_Z  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 v'.?:S&m  
扩展阅读 JW&/l  
扩展阅读 pN&Dpz^  
 开始视频 '=x  
-    光路图介绍 KMznl=LF  
 该应用示例相关文件： E`>-+~ZUsk  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Wn24eld"x  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 q+t*3;X.  
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QQ：2987619807 6@!<'l%z  

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报告大纲 {*`qL0u]^  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） :Y0*P  
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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 QW|,_u5j  
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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 gx#xB8n  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）