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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） 2'fd4 rE5  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 x"z\d,O%W  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 J,W $\V]p  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 {"'M2w:|D1  
    @(#vg\UH  
    摘要 D/E5&6  
     |m-N5$\IC  
    WR #XPbk  
    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。 ;T^s&/>E  
    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。 $[X][[  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     )|=1;L  
    8|Tqk,/pD  
    1. 建模任务 Pn9".  
     hF-QbO  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,WE2.MWR  
    fn<dr(Dx  
    "_UnN}Uk  
    2. 方法 ]|3hK/  
     U '{PpZ  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： o+|>D&CW%  
    [k 7HLn)  
     q_[y|ETJ]  
    x_7$g<n  
    ;}Jv4Z  
    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。 .f$2-5q  
    7u"Q1n(h/  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 7FH-l(W  
     .gy:Pl]w  
    P.Tnq  
    [7><^?t V  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 |}d^lQ9  
    ,9y6:W%5  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 )Cdw_Yx  
    vEx'~_+a9  
    1) 评估最大模式阶数 fExFpR,`  
    Ihf>FMl:  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： J0Yb_(w  
    <7y/)b@  
    %scw]oF  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 2}<tzDI'  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 FtJaX])b  
    5"h4XINZ  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 EC\@$Fg  
     E0qJ.v  
    GpPM?  
    i@:^b_  
    V(cU/Aia^  
    2）设置多模高斯光源 3z0Bg  
    \:h7,[e  
     %rB,Gl:)g  
    O$z"`'&j#  
    4j;IyQDvM  
    3) 设置优化函数 GQg 2!s(  
    ;r2DQg"#@  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 to13&#o  
    :[l}Bb,  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 <]?71{7X  
     @|\;#$?XW3  
    ~V(>L=\V;  
    hg12NzbK  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ]|F`;}7  
    mqeW,89  
    '[6]W)f  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） z~Zm1tZs  
    e}O&_ j-  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 YQ+8lANC  
    8]&Fu3M^  
    a. 打开参数优化 b w1s?_P  
    1<h@ ^s;  
    n jd2  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 q h bagw~  
    _&(Wz0  
    图2
    @}jg5}  
    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： /E/6(c  
    &7kLSb&|;  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 5<X"+`=9  
    -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。 W' Y<iA  
     $o9^b Z  
    ral=`/p  
    图3
    ,PpVZq~  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 c-zW 2;|61  
    Mb_"M7  
    图4
    /  !h<+  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 L?N: 4/0;!  
    &hVf=We  
    图5 =Q;dYx%I5  
    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： zKk=R6w  
     Dt5AG  
    图6
    Nba1!5:M  
    4.总结 Lniz>gSc  
    WjVm{7?{  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Ku6ndc  
    O 8l`1  
    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。 y2g)*T!m  
    o7tlkSZ  
    QQ：2987619807     !*^+7M  
     
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