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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） CGIcuHp  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 BQv+9(:fQB  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 St&xe_:^<  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 hG cq>Cvf  
    )((Jnm D  
    摘要 nM  D^x  
     SF61rm  
    k,M%/AXd  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 Pze$QBNoRd  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 ~#iRh6 ^98  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     w!)B\l^+c  
    S#qd#Zk|Y  
    1. 建模任务 <CJua1l\  
     o=?sMq1<  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ !o 2" th  
    $78fR8|r-  
    jcQ{,9 H`l  
    2. 方法 `pzp(\lc  
     aQwcPy|1R  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： _n_lO8mK  
    qSj2=dlW  
      ~%_$e/T  
    ?:Y{c#w>  
    "K`B'/08^  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 O>xGH0H  
    9H ?er_6Yf  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 6G G&mqr+  
     9_[TYzpB!  
    z71.5n!C  
    i4 KW  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 }kI-UEn$EP  
    ~WU _u,:  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 xRW~xr2h@  
    Oi&.pY:X-  
    1) 评估最大模式阶数 q5?g/-_0[  
    q=ZLSBZ  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： mq$'\c 9.  
    ws Lg6  
    eIK8J,-  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 }N(-e$88  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 jNB|98NN  
    R_\{a*lV0  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 pj&vnX6O^  
     LYNd^}  
    )6iY9[@tN  
    #9}E@GGs  
    \-N 4G1  
    2）设置多模高斯光源 {&8-OoH ~  
    _ 0%sYkUc  
     z$oA6qB)  
    6+BR5Nr  
    'YQ"Lf  
    3) 设置优化函数 ,i#]&f`c;5  
    f:\jPkf'  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ;$l!mv 7  
    X|t?{.p  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 e~=fo#*2?@  
     G+ PBV%gE[  
    {o< 4 ^  
    ~F^=7oq  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 -}@3,G  
    048BQ  
    GrjL9+|x  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） L.>tJ.ID  
    &K2[>5 mG  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Q*Per;%J  
    23@e?A=C  
    a. 打开参数优化 DtG><g}[]  
    T!eeMsI  
    Kf2*|ZHj  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 <Rob.x3  
    EC$wi|i  
    图2
    cW;to Q!P  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： b+yoD  
    %h 6?/  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） UOSa`TZbZ  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 )VQ:L:1t(  
     RN238]K  
    2;r(?ebw  
    图3
    K/79Tb-  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 p8hF`D~  
    v' .:?9  
    图4
    96T.xT>&  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Q]Q i  
    k-xh-&  
    图5 4_3Jpz*  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： u*Z>&]W_  
    j0^~="p%C  
    图6
    Fx 2 KRxk  
    4.总结 C%t~?jEK~^  
    Q ,30  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7kx)/Rw\B  
    Enm#\(j  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 EWNh:<F?  
    ]]`hnzJX  
    QQ：2987619807     4]A2Jl E  
     
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