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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） RA){\~@wC  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 T' Jl,)"  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 6Xn9$C)  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 WXf[W  
    +'w6=qI  
    摘要 mtLiS3Nk8  
     %5n'+-XVj  
    Fl(j,B6Z  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 p9MJa[}V  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 4,=;:#n,J  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     +sq_fd ;'D  
    qd'Z|'j  
    1. 建模任务 (BK_A {5  
     #g2&x sU  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Osy_C<O  
    s? Gv/&  
    F{ C2% s#  
    2. 方法 `0+-:sXZ6  
     +'VYqu/  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： L@?3E`4/v  
    wT,=C'  
     s._,IW;   
    4~;M\h  
    V he$vH  
    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。 .jbxA2  
    ,nV4%Aa  
    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。 =L?2[a$2;  
     <<Z, 1{3F  
    I%<pS ,p  
    I;UT; /E2  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 g`2O h5dA  
    &2ty++gC  
    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。 sfy}J1xIL  
    nuA 0%K  
    1) 评估最大模式阶数 *l%&/\  
    r{*BJi.b  
    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： yGV>22vv M  
    rJRg4Rog  
    ao|n<*}  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 s5*HS3D  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 l<7SB5  
    O{U j  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Tgbq4xR(  
     7 Z? Hyv  
    5;HCNwX  
    }EJ/H3<  
    G9GLRdP  
    2）设置多模高斯光源 M[Nv>  
    BP\6N%HC%&  
     8 tIy"5  
    9}4~3_gv;M  
    vF[ 4kDHk  
    3) 设置优化函数 dB:c2  
    d..JW{  
    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)。 ;=6EBP%  
    jCIY(/  
    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。 }-u%6KZ   
     =([4pG  
    aEVy20wd  
    +m/n~-6q  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 VC% .u.< F  
    Io&HzQW^a  
    R-wz+j#  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #5{BxX&\  
    Vobq|Rd/%  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 wTG(U3{3K  
    %hdjQIH  
    a. 打开参数优化 AD@ {7  
    $TK= :8HY  
    m^,VEV>  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 w~Vqg:'\$  
    wkV'']= Xg  
    图2
    @g]EY&Uzl  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： y O*   
    9QL%q; #  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） GS}JyU  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 -~X[j2  
     fc[_~I'  
    n+i=Ff  
    图3
    & d$X:  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 *JQ*$$5  
    UP%6s:>:  
    图4
    jp^Sw|  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 {Qn{w%!|  
    !]RSG^%s{  
    图5 ;Me*# /  
    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： ;-;lM6zP  
    yf4L0.  
    图6
    %/5Wj_|p  
    4.总结 "^a"`?J  
    ;oDr8a<A  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 XD't)B(q  
    m7u`r(&  
    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。 nj0]c`6rN@  
    B;W%P.<.  
    QQ：2987619807     D!.1R!(Z  
     
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