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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） \We"?1^  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Eyr5jXt%;  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 La`h$=#`  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 R#Y50h zT  
    YHs?QsP  
    摘要 GN\8![J  
     i Td-n9  
    25xcD1*  
    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。 /a@ kS  
    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。 q<-%L1kc 1  
    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。     mWNR(()v  
    [X;>*-  
    1. 建模任务 X3P&"}a  
     ~_ *H)|  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ |if'_x1V  
    V-[2jC{  
    Jzk!K@  
    2. 方法 uVN.=  
     $ I#7dJ"*  
    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： i4hJE  
    @Ppo &>  
     KuA>"X  
    S*4f%!  
    q#;BhPc  
    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。 a*V9_Px$&  
    BRe{1i 6  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 GA.BI"l  
     .FuA;:@%\  
    5!<o-{J[(=  
    ir]Mn.(Y  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 O'fk&&l  
    uii7b 7[w  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 =KV@&Y^x4  
    <lFdexH"T  
    1) 评估最大模式阶数 8fnR1mWG  
    ]K7`-p~T  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： (/'h4KS@  
    QO@6VY@  
    FS8S68  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @\ }sb]  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 jM*AL X  
    [ dGO,ndE  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 NW)M?f+6  
     ?gLAWz  
    zyDZ$Dhka  
    q'.;W@m  
    N*f^Z#B]  
    2）设置多模高斯光源 TaOOq}8c#  
    WJAYM2 6\  
     9/G!0uE  
    0F^]A"kF  
    7ZQ'h3K  
    3) 设置优化函数 Hr6wgYPi  
    }hCaNQ&jH  
    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)。 sW?B7o?  
    q8/ihA6:  
    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。 $:e)$Xnn-  
     A';n6ne%i  
    )i0 $j)R  
    +5-]iKh  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 [yC"el6PM  
    $~=2{  
    ;,dkJ7M  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） v`SY6;<2  
    -Un=T X  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 AeaPK  
    rCE;'? Y  
    a. 打开参数优化 TMww  
    *="m3:c'J  
    *2=W5LaK.  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 [^M|lf   
    izf~w^/  
    图2
    7 W{~f?Sh  
    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： O~6Q;qP  
    xZyeX34{M;  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） UW/N MjK  
    -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。 T/5"}P`  
     C3)|<E  
    ~0ooRUWU7  
    图3
    Ft) lp>3gv  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Af9+HI O  
    "5}%"-#  
    图4
    Oqmg;\pm  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 a.DX%C /5  
    E=k w)<X2  
    图5 -w~(3(  
    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： (]XbPW  
    %[ /<+  
    图6
    xs%LRF# u  
    4.总结 cOb4c*  
    h@@d{{IqT  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 V&[eSVY?  
    -\Z `z}D  
    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。 W' ep6O  
    AK*N  
    QQ：2987619807     4\6: \  
     
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