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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） Y"jDZG?  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 :jX~]1hpmA  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 vSA%A47G  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 WI,=?~-   
    _YS+{0 Vq%  
    摘要 ("oA{:@d  
     8( D}y\  
    KV*:,>  
    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。 f.$o|R=v  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 +*DX(v"BH  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     eQx"nl3U%  
    4Dia#1$:J  
    1. 建模任务 iPOZ{'Z  
     [mPdT^h  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ b9N4Gr  
    ]EnaZWyO]  
    zFr}$  
    2. 方法 kk'w@Sn.(  
     0mh8.  
    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： uLM_KZ  
    RX1{?*r]Z  
     @;}H<&"  
    wjJ1Psnx  
    ,9qB}HG  
    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。 0?xiGSZV  
    @RIEO%S  
    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。 YMTA`T(+  
     NR&9:?  
    =.hDf<U  
    61/zrMPn  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 uFWgq::\  
    &>l8SlC?  
    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。 B?y t%f1  
    77d`N  
    1) 评估最大模式阶数 8$kXC+  
    n;-r W;ZO  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： \q|PHl  
    znO00qX  
    y UAn~!s  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ~UC/|t$  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 R?~h7 d  
    Q;O)>K  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 |S:!+[  
     M%s$F@  
    WnzPPh3PJ  
     MK"  
     ,nR8l  
    2）设置多模高斯光源 l6c%_<P|  
    "q^'5p]  
     j(C UYm  
    m`IQ+, e  
    MW~B[%/  
    3) 设置优化函数 :wZ`>,K"t>  
    5MY}(w  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 l\;mP.!  
    Q@wq }vc!  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 #pQ"+X  
     FP'lEp  
    1bZiPG{  
    Z/= %J3f  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 rHgdvDc  
    qf`xH"$  
    }K80G~O2<  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #2R%H.*t  
    SWjQ.aM  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 :LiDJF  
    4ylDD|) rO  
    a. 打开参数优化 C<t'f(4s`u  
    (F[/~~  
    +1Rr kok  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 VNrO(j DUv  
    j8Q5d`  
    图2
    Lp`<L-s  
    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： Cz@FZb8  
    Bd9hf`% 2  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） vk)0n=  
    -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。 (vAv^A*i}  
     L;M^>{>  
    aaz"`,7_  
    图3
    )@bH"  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Rw}2*5#y  
    6{+_T  
    图4
    B >u,)  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 '"w}gx  
    L;S*.Ol>  
    图5 W `u$7k]$  
    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： AX!>l;  
    r=DHt&x=  
    图6
    <L/M`(:=k  
    4.总结 }WO9!E(  
    } }f_  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 `Ix s7{&jU  
    1rv$?=Z  
    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。 974eY  
    P 0Efh?oZ  
    QQ：2987619807     x'2 ,sE  
     
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