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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） $!-yr7  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ]vB$~3||  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 XnH05LQ  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 \ ,'m</o~,  
    0.Q Ujw  
    摘要 G~]Uk*M q  
     CYf$nYR  
    =bAx,,D#  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 6lZ3tdyNo  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 3xy<tqfr  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     IY1 //9  
    ob!P ;]T  
    1. 建模任务 bS{bkE>  
     _kC-dEGf!y  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ h! ,v/7=  
    FBG4pb9=~  
    b35fs]}u-6  
    2. 方法 Ml`:UrU  
      > ^O7  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Q*GN`07@?d  
    '"52uZ{  
     qRu~$K  
    RV1coC.g4x  
    B4ZBq%Z_  
    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。 xPdG*OcX!  
    `T1  
    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。 .S EdY:  
     XjBW9a  
    1Te %F+7  
    xnjf  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 hy9\57_#  
    B  5L2<  
    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。 IM*y|UHt  
    _OYasJUMG  
    1) 评估最大模式阶数 y-Fo=y  
    V(}:=eK  
    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： PhLn8jNti  
    &*o=I|pQ  
    y4yhF8E>;U  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 HH`'*$]7  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 _9ao?:  
    ]IaMp788  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 \Zk;ikEY  
     C-xr"]#]  
    c&6 I[ R  
    O}gV`q;  
    &{5,:%PXw  
    2）设置多模高斯光源 5#6|j?_a  
    WH%g(6w1j  
     F k7?xc  
    H;is/  
    *YI98  
    3) 设置优化函数 XE RUo  
    /|w6:;$;mn  
    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)。 5{TsiZh4  
    qfF~D0}  
    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。 3qgS&js 7  
     J[&@PUy  
    Xc ++b|k  
    {'flJ5]  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ';k5?^T  
    |o"?gB}Dh  
     y`iBFC;_  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） TJd)K$O>  
    k:i4=5^*GX  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ,O5NLg-  
    W_293["lS  
    a. 打开参数优化 Bg=wKwc8  
    pp?D7S  
    2YL?,uLS  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 qw301]y  
    5PCqYN(:B  
    图2
    bG"~"ipn%  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： >IafUy  
    j a[Et/r  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） E)&I@m  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 'ycJMYP8  
     ^S<Y>Nm]  
    u2 I*-K  
    图3
    @)+AaC#-  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 7O2/z:$f  
    &, vcJ{.  
    图4
    u]wZQl#-  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 R+:yVi[F]U  
    hR n<em  
    图5 ,^r9n[M4M  
    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： ZgJQ?S$D  
     'c&Ed  
    图6
    lgAoJ[  
    4.总结 '6`3(TK.a  
    3yme1Mb  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 $p8xEcQdU#  
    sjTZF-  
    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。 e ,'_xV  
    G5_=H,Vmd  
    @s>Czm5  
    QQ：2987619807     ;>hO+Wo  
     
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