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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） D-7PO3F:F  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 6&p I{  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 $MF U9<O  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 :"+/M{qz  
    7 tOOruiC  
    摘要 ;$|[z<1RdW  
     ^goa$ uxU  
    Y}_J@&:  
    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。 C WJGr:}&  
    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。 KdT1Nb=  
    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:dHK`  
    j?&Rf,,%  
    1. 建模任务 GY@-}p~it  
     4\)"Ih  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ adG=L9 "n  
    *u$MqN  
    I#0WN  
    2. 方法 cPh U q ET  
     #}50oWE  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： usb.cE3 z  
    ;[*jLi,uc  
     }cK<2J#  
    p@H]F<  
    :DP%>H|  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 D8a[zXWnc  
    =%, ;=4w  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 0GR\iw$[J  
     *={` %  
    G1 ?."  
    t.sbfLu  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 2c>eMfa  
    i)nb^  
    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。 YNc] x>  
    pK=$)<I"6  
    1) 评估最大模式阶数 G[4TT#  
    {C>.fg%t  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 808E)  
    "mbcZ5 _  
    TrxZS_  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 n:zoN2lC  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 sY4sq5'!  
    Ha l,%W~e  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Bl5*sfjG  
     ]3@6o*R;  
    H"|xG;cf  
    tlw$/tMa  
    LG6VeYe|\X  
    2）设置多模高斯光源 NET?Ep  
    ~b+TkPU   
     8X=cGYC#  
    ,}15Cse  
    5'f4=J$Z)  
    3) 设置优化函数 (~F{c0 \C  
    2j_YHv$I  
    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)。 [%(}e1T(  
    p<1z!`!P  
    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。 &fJ92v?%^S  
     Qmxe*@{`  
    Jy)E!{#x  
    7;dTQ.%n  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 :34#z.O  
    rQ|^H Nj  
    L/1zG/@  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） L(a&,cdh  
    qd*3| O^  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Rk2V[R.`S  
    h8;B+#f`  
    a. 打开参数优化 _jK    
    5Hvg%g-c  
    f}q4~NPn-  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ^UP!y!&N  
    jR-`ee}y2  
    图2
    _EeH  
    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： s(56aE  
    7Iu^ l4=2  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） OjxaA[$  
    -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。 BrYU*aPW;  
     SH>L3@Za  
    xW@y=l Cu  
    图3
    7'wt/9  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 2N_8ahc  
    O]{3aMs!Y  
    图4
    [+0rlmB  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 N9LBji;nH  
    f8`K8Y]4  
    图5 F"2v5F@  
    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： ?>b>LDpx?  
    Uc,D&Og  
    图6
    ( ON n{12Q  
    4.总结 .`Ey'T_  
    Oo'IeXQ9(  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 `N$:QWJ  
    C?@vBM}  
    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。 yl|?+  
    eliT<sw8  
    QQ：2987619807     ~!( (?8"  
     
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