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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） l;SXR <EU  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 SHYbQF2  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 WM;5/;bB  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 lhC^Upqw  
    '~9w<dSB!r  
    摘要 9/`3=r@  
     8RI'Fk{  
    ;:,U]@  
    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。 *3KSOcQ  
    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。 D$AvD7_  
    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。     MtVvi6T  
    R.\]JvqO  
    1. 建模任务 'T|EwrS j  
     js9^~:Tw  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ :Xs4C%H;  
    (;;.[4,y  
    m1e Sn |)7  
    2. 方法 o-o -'0l  
     Q;s {M{u  
    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： X`(fJ',  
    ?iZM.$![  
     +c8t~2tuN  
    73_=CP" t  
    kL F~^/  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 '5b0 K1$"  
    Qo!F?i/ n  
    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。 id9XwWV  
     \:g\?[  
    W ' ~s  
    N4z[=b>  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 'd|!Hr<2  
    O')=]6CQ*  
    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。 % H<@Y$r  
    )Ii`/I^  
    1) 评估最大模式阶数 @^<&LG5^  
    D@O5Gd  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： kl[(!"p  
    F!phTu  
    -\USDi(  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 8f1M6GK?  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 5 1N/XEk  
    c&P/v#U_  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 M7T*J>i  
     Hj(K*z  
    g\?v 5  
    cIQbu#[@  
    yMu G? x+  
    2）设置多模高斯光源 x[$KZGK+GL  
    eXD~L&s[  
     ]l C2YD}  
    .vctuy&  
    4x&Dz0[[S  
    3) 设置优化函数 }K@m4`T  
    P(FlU]q  
    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)。 tcnO`0moK  
    &ds+9A  
    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。 H2H[DVKv  
     10h; N[  
    IU5T5p  
    ke!  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 t)Cf]]dV  
    pdR\Ne0P*  
    @C!&lrf3  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） |/H?\]7  
    g Oe!GnO  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 S[2?,C<2=  
    qjhk#\y  
    a. 打开参数优化 FNuE-_  
    ~;]kqYIJ  
    : .-z!  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (_!I2"Q*  
    VBix8|  
    图2
    m< )`@6a/  
    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： NJE*/_S  
    {d*OJ/4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） mv#hy  
    -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 ~^$  
     j'U1lEZm2  
    6pSTw\/6  
    图3
    Y2XxfZ j  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 2"?DaX  
    #) :.1Z?  
    图4
    g)^s+Y  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 P`{$7ST'Hh  
    vG'#5%,|  
    图5 ~  z3J4s  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： q`/J2r+O  
    I/O/*^T  
    图6
    >V?0#f45@  
    4.总结 ,pI9=e@O/z  
    h2T\%V_j  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 +a^gC  
    65dMv*{  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 tm5)x^7  
    7@>/O)>(AS  
    QQ：2987619807     f$\ O:E=  
     
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