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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） #-vuY#gs  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ?pSb,kN}'  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 (Z(O7X(/  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 r:pS[f|4\  
    XG_h\NIL  
    摘要 |dNJx<-  
      dxHKXw  
    Itq248+Ci  
    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。 yQ$Q{,S9  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 u@QP<[f  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     -Pds7}F8  
    T%0vifoQ_$  
    1. 建模任务 R\DdU-k  
     @c 3GJ'"X  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ U`YPzZp_  
    /$ a>f>EJ  
    uu0"k<Tp  
    2. 方法 _cPGS=Ew  
     `y"(\1  
    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： t~_j+k0K#  
    EFpV  
     %#5\^4$z|N  
    (4:&tm/;  
    Kf=6l#J7  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 Y:o\qr!Y  
    U|tUX)9O  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ]M^ k~Xa  
     4)- ?1?)  
    ^d6}rtG  
    NMaZ+g!t(  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 OYnxEdo7  
    ^(}D  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 </xz V<Pi  
    #fB&Hv #s7  
    1) 评估最大模式阶数 M1nH!A~o  
    V2Iq k]V%y  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ~!V5Ug_2  
    0)<\jo1 F  
    d,%e? 8x5  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ^a>3U l{  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ?E>(zV1D/  
    \!-IY  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 pr~%%fCh  
      Tt;h?  
    MH wjJ  
    x}^ :Bs+j  
    ?=u/&3Cw  
    2）设置多模高斯光源 7(8i~}  
    &# [w*t(A  
     1gK<dg  
    gu1:%raXd  
    N@qP}/}8  
    3) 设置优化函数 +,;"?j6<p  
    6[.#B!;9  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 T[?wbYfW  
    ;`")3~M3*  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 o*]Tqx  
     EN,PI~~F  
    8-JOfq}s  
    B|\JGnNQ  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 5{zmuv:  
    EWb'#+BP  
    >Bw<THx  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） UO1WtQyu,H  
    {th=MldJ?  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Jn |sS(Q}  
    wo#,c(  
    a. 打开参数优化 61aU~w11a  
    Kl\g{>{Uz  
    @V\ u<n  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 LL0Y$pHV  
    CI#6 r8u  
    图2
    i]cD{hv  
    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： _ww>u""B~  
    ~vbyX  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） qsT@aSIo9  
    -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。 S^8C\ E  
     u# TNW.  
    AT:L&~O.  
    图3
    gR\z#Sg  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +!~"o oQZh  
    Tqf:G4!  
    图4
    wB(X(nr  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 < NRnE8:  
    k#g` n3L  
    图5 {py"Ob_  
    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： g7UZtpLTm  
    &E?TR A# E  
    图6
    &FpoMW  
    4.总结 >iV2>o_  
    ZLGglT'EW>  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 1PN!1=F}  
    q\$k'(k>35  
    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。 QomihQnc  
    u\A L`'v  
    QQ：2987619807     R<<U(.E  
     
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