[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) :e1o<JgPt  
[jdFA<Is  
应用示例简述 lT&wOm3  
QS.>0i/7l  
1. 系统细节 [&[^G25  
 光源 85:NFa@J  
— 高斯光束 gU^$Sx7'  
 组件 IzOYduJ.  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 j1
q[2'  
 探测器 2aZw[7s  
— 视觉感知的仿真 Qhi '')Q  
— 电磁场分布 7tM9u5FF  
 建模/设计 gF=jf2{YX  
— 场追迹： 7M_U2cd|TD  
 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。 $0oO &)*  
vr^~yEr  
2. 系统说明 8b.u'r174  
MTER(L  
0kQPJWF  
3. 模拟 & 设计结果 fA%z*\  
F;ZSzWq  
4. 总结 b !@Sn/  
,Y?sfp  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =o}"jVE  
up
3O|lj4  
第1步 }eQRN<}P  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 93qwH%  
{CG_P,FO  
第2步 ,B(7\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5AS[\CB4  
5 8-e^.  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 PjT=$]  
87)zCq  
应用示例详细内容 /yz=Cjoz  
{Sl57!U5  
系统参数 .?p\n7  
Ok7t@l$  
1. 该应用实例的内容 +MbIB&fRCB  
,:fl?x.X  
p(xC*KWB  
2. 设计&仿真任务 %<?0apO  
g*)K/Z0pJ$  
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。 I$NhXZ)KT  
R+q"_90_  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 {8,<ZZ_  
)#a[-.OI  
hUQ,z7-  
4. 参数：SLM像素阵列 & gJV{V5Ay  
`b8v1Os^2  
f\+fo  
5. 参数：SLM像素阵列 ~U(,TjJb  
L@75-T  
PkE5|d*,  
应用示例详细内容 di)*-+  
B/5=]R  
仿真&结果 IX: 25CEI2  
ms($9Lv/  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM {mWui9 %M  
 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)。 %p^.\ch9  
 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。 i,V;xB2  
wxm:7$4C  
2. VirtualLab的SLM模块 :+{ ?  

H/M Au7  
V._6=ZJ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 +,:du*C  
 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。 B63pgPX  
8ul&x~2;X  
3. SLM的光学功能 BR'I+lQ  
j-CnT)W<  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Tu{h<Zy  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 h2ZkCML  
 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。 @)kO=E d  
K.G$]H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1Z[/KJ  
 hjO*~  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 {k4CEt;  
rC:?l(8ng3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd cPgfTT  
k>dsw:  
4. 对比：光栅的光学功能 =n^!VXaL]]  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 J7C4V'_  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 QDpEb=|S  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 2=?tJ2E  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 _#$*y  
 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。 iX'rU@C  
Tirux ;  
v+jsC`m  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ZKg{0DY  
)s1Ib4C  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,uzN4_7u  
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。 )CX4kPj  
?ER-25S  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Ku&!?
m@C  
V\V)<BARe  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 gPAX4'
 
9]t[J_YM  
A2}Rl%+X]6  
6. 减少计算工作量 "NRDNqj(  
#fj/~[Ajv  
采样要求： ;q0uE:^S  
 至少1个点的间隔(每边)。 p3/*fH98  
 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。 ZoKcJ
A  
_"4xKh)  
采样要求： B?$ "\;&  
 同样，至少1个点的间隔。 b3wM;jv  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 T[=S$n-'  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 "O8gJ0e  
>NB?&|  
 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。 sH[ -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。 _C\[DR0n  
 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)。 IrMl:+t\  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 yL
;M"L  
56l@a{  
dD<fn9t  
y7KzW*>g:  
[ofqG
wpDG  
7. 指定区域填充因子的仿真 9w9jpe#  
(M =Y&M'f  
 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。 UD~p'^.m_  
 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。 TpA\9N#$  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 :';L/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)。 .qk]$LJF7  
EQqx+J&!  
iCP/P%  
8. 总结 =h(W4scgqX  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4@.|_zY  

^\B:R,  
第1步 Pmi#TW3X  
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。 %AOIKK5  
]nhr+;of/-  
第2步 E,n}HiAz7V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $8l({:*q0  
扩展阅读 8@NH%zWBp  
扩展阅读 $./bjV%  
 开始视频 iut`7  
-    光路图介绍 #k3t3az2{  
 该应用示例相关文件： .oEmU+  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 vd`}/~o  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 t>B^q3\q?  
8Ry7
4|`=R  
q P ;A}C  
QQ：2987619807 E1;@=#t2i  

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报告大纲 "S~_[/q  
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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 Ju@Q6J5  
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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 'NZGQebK  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）