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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） X FvPc  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 #^< Rx{  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 %ZZW p%uf  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ZDl(q~4?z  
    )Ft>X9$  
    摘要 >J@hqW  
     VW\~OH  
    /;r k-I  
    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。  =u Ieur  
    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。 >*[Bq;  
    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。     =h}IyY@o  
    8 @4)p.{5I  
    1. 建模任务 2sXX0kq~V  
     MIWI0bnf  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Klk[ h  
    \Y}nehxG@  
     Q ,)}t  
    2. 方法 _#6ekl|%  
     {!7 ^ w  
    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： C<\O;-nHH  
    %wS5m#n  
     EU-=\Y  
    Qxh 1I?h  
    c{s%kVOzg  
    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。 MzO4Yv"A  
    Fm{`?!  
    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。 [1gWc`#  
     7\1bq&a<  
    tV,Y38e  
    Q[N6#C:(4  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 RzLbPSTQ  
    }[*BC5{>  
    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。 _,;|,  
    Upkw.`D`  
    1) 评估最大模式阶数 r(QjVLjj`k  
    cA{zyq26  
    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： wWR9dsB.;  
    !`%3?}mv,  
    Y!|* `FII  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 C@i4[g){  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 3mnq=.<(w  
    Q>}*l|Ci  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 h tn?iLq  
     ~&Gw[Nd1  
    %}asw/WiUa  
    e8"?Qm7 J  
    >O:j.(*!  
    2）设置多模高斯光源 Jr4^@]78o<  
    vg5 ;F[e  
     n/fMq,<8  
    5ZkMd !$y  
    {]w @s7E  
    3) 设置优化函数 jI(}CT`g  
    n-7|{1U  
    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)。 *MFsq}\ $  
    ]"< ` ^  
    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。 _pv<_ Sm  
     Htf|VpzMb  
    wv8WqYV  
    ?=;dNS@i@  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 {b^JH2,  
    nRmZu\(Ow|  
    gUoTOA,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） K XP^F6@l  
    Jn_;  cN  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Nn],sEs  
    \y9( b  
    a. 打开参数优化 a0oM KGW:  
    u^T{sQ"_  
    b{KpfbxcI  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 &?=UP4[oif  
    b[3K:ot+  
    图2
    0N~AQu  
    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： bF'^eR  
    `eat7O  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） {VPF2JFB[  
    -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。 sILkTzs w  
     ZS@Cd9*  
    OE(Z)|LF  
    图3
    MH+t`/E0]  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ]R8}cbtU  
    IGj%)_W  
    图4
    _-^Lr /`G!  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 TixXA:Mf  
    YH( 54R  
    图5 0^Vc,\P?  
    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： fD#VI   
    1)8;9 Ba:  
    图6
    gu[3L  
    4.总结 &>I4-D[  
    k{3:$, b  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 #TLqo(/  
    gOpGwpYZ,  
    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。 OQ>r;)/  
    7dXR/i\  
    6e6~82t8/  
    QQ：2987619807     }\E2Z[  
     
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