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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） v{"$:Z ow  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 #TM+Vd$  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 \L-o>O  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 <<W{nSm#  
    #HpF\{{v  
    摘要 !jGe_xB}~  
     Ly0^ L-~|  
    UmcPpZ  
    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。 @r^a/]5D  
    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。 Stq&^S\x69  
    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。     N?TXPY  
    [QEV6 S]  
    1. 建模任务 `+[Ct08  
     s4/4o_[W  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ OOn{Wp  
    :3J, t//c  
    '/%]B@!  
    2. 方法 7)tkqfb]  
     jT>G8}h  
    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： @&#k['c  
    Ybo:2e  
     $5N%!  
    ]Jz2[F"J  
    t% Sgw%f  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ;c p*]  
    /j46`F  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 *;cvG?V  
     Z" j #kaXA  
    f?vbIc`  
    R8LJC]6Bh  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ,Ta k',  
    -5vg"|ia,  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 n-zAkKM  
    Od_xH  
    1) 评估最大模式阶数 q@k/"ee*?  
    }huj%Pnk )  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： )` ~"o*M  
    czNi)4x  
     ac  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 LCBP9Rftvd  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 lTb4quf8I  
    Qw>~] d,Z  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 O0^m_  
     FQY{[QvF~  
    >7g #e,d   
    HiAj3  
    ) uM*`%  
    2）设置多模高斯光源 \f~m6j$D_  
    |wbXu:  
     uuHg=8(  
    &/dYJv$[9  
    "&Q sv-9t  
    3) 设置优化函数 7R5m|h`M  
    r2ZSkP.  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 F8xz^UQO  
    Hk&op P9)  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 n_~u!Ky_P  
     -gn!8G1  
    R+sv?4k  
     4,g_$)  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 P^(uS'j)+  
    u~rPqBT{d3  
    8'WoG]E_  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Z  FIy  
    3~q#P   
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 [0bp1S~  
    h`i*~${yg  
    a. 打开参数优化 Z.}Z2K  
    ZR]p7{8B  
    ,#Pp_f<  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 g"{`g6(+  
    \jmT#Gt`9  
    图2
    >o:y.2yCe  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： [n]C  
    h\T}$jgfWm  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） QLxe1[qI  
    -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。 kxQ al  
     sA~Ijg"6  
    0g8ykGyx  
    图3
    9y'To JZ6  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化  h3 e %(a  
    Prc (  
    图4
    c( _R xLJ  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 kfY. 9$(d  
    I*z|_}$  
    图5 ,UYe OM2Ao  
    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： / z m+  
    qWU59:d^{  
    图6
    :jAsm[  
    4.总结 :jy}V'bn$  
    (%j V [Q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 B.A;1VE5  
    x.9[c m-!  
    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。 |Ed?s  
    xsIfR3Ze9  
    QQ：2987619807     i"0*)$ h W  
     
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