[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) MYara;k  
vD9.X}l]  
应用示例简述 ?OnL,y|  
R#~l
[S8u^  
1. 系统细节 :EHk]Hkz  
 光源 g]z k`R5  
— 高斯光束 <`vXyPA6  
 组件 1:T"jsWw  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ZyNgG9JL]  
 探测器  jMI30  
— 视觉感知的仿真 *(r9c(xa  
— 电磁场分布 7)#JrpTj%  
 建模/设计 ;5\'PrE  
— 场追迹： 3A"TpR4f`  
 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。 ol_\ "  
/
O.q4p  
2. 系统说明 Zi}h\R a  
QwFA0  
6j{ynt  
3. 模拟 & 设计结果 h2mHbe43  
N6_1iIM
 
4. 总结 K9&Q@3V  
f&5S`}C  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q-R?y+| x  
Vtj*O'0  
第1步 CL5^>.}  
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。 Gb[J3:.  
5GJkvZtFY  
第2步 l> H'PP~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ckP AH E@  
SbL7e#!!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &*O'qOO<2  
M9Sj@ww  
应用示例详细内容 G2!<C-T{2  
RJDk7{(  
系统参数 qu$FpOJ  
zD8$DG8  
1. 该应用实例的内容 o\Fv~^  
_M7|:*  

X5+^b({  
2. 设计&仿真任务 pg,
JYn  
H[pvC=O=  
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。 UjJ&P)  
#!TlalV
 
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $1s>efP-  
~n
0Exw(  
:si&A;k  
4. 参数：SLM像素阵列 M54czo=l  
[\Aws^fD_  
G^L9[c= ,  
5. 参数：SLM像素阵列 A`(C
uw-o  
;cL+=!  
rB(Q)N  
应用示例详细内容 o^d|/;  

6=Q6J  
仿真&结果 r0&LjH&R  
Um`KmM3  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 3ErV" R4"$  
 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)。 cyjgi /Z  
 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。 v=dN$B5y3  
,_7m<(/f  
2. VirtualLab的SLM模块 zh?
B-"O=5  

gLo&~|=L-  
"<&o;x<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 r}|)oG,=  
 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。 W S9:*
YH  
Q>w)b]d~c  
3. SLM的光学功能 p ~+sk1[.  
Ft:_6T%  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 dKchQsgCg  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~<Wa$~oY  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 @\-*aS_8>  
Rdd9JJsVd  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd -biw{  
_ qQ  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 8)
`  
{JKG-0)z?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd & }"I!  
\ sz
](X  
4. 对比：光栅的光学功能 I;$tBgOWq  
 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。 !HXsxNe  
 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。 !([v=O#
 
 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)。 :}SR{}]yXs  
 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。 %$_?%X0=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。 $x+ P)5)  
~g~`,:Qc  
;gRPTk$X3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd q}g0-Da  
vL"n
oLs  
5. 有间隔SLM的光学功能 lL'K1%{+ \  
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。 aH500  
t3Iij0b~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd zFwO(  
sJg3WN  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 IeIv k55  
"(+aWvb  
/cZcfCW  
6. 减少计算工作量 yW"}%) d  
%+ MYg^  
采样要求： )B5U0iIi  
 至少1个点的间隔(每边)。 TjctK [db@  
 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。 `-rtU  
n2(\pQKm  
采样要求： g-+/zEOUS  
 同样，至少1个点的间隔。 Zl2doXC  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \]L ha  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 kN vNV(4  
?Y$3R"p@3`  
 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。 I]d?F:cdX  
 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。 mj2sbRiSR=  
 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)。 wqXo]dX  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 yv5c0G.D  
XToYtdt2  
_x7>d:C  
1a},(ZcdX  
[rhK2fr:i  
7. 指定区域填充因子的仿真 p*Hf<)}  
LFQPysC  
 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。 }GGH:v
 
 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。 T!5g:;~y >  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 q +c~Bd  
 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)。 c5HW.3"  
Fz_8m4  
?vP}#N!=d  
8. 总结 V ;M'd@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3],[6%w  
js=w!q0)9  
第1步 k%cT38V*  
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。 rAQ3x0  
D)
JI11a<  
第2步 d[KG0E5`  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s.@DI|Gnf  
扩展阅读 SL%lY  
扩展阅读 bd.t|A  
 开始视频 r6`KZ TU  
-    光路图介绍 zeHs5P8}r  
 该应用示例相关文件： Y<`uq'V  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9=MxuBl  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 xV5eKV  
Hh<}~s  
}Xy<F?Mh  
QQ：2987619807 pd}af iF  

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报告大纲 Mm+kG'Z!S  
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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 V
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kG>d^K  
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 Cj x
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（第二波——神秘现金红包抽奖环节）