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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） xh`4s  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 dlJc~|  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 (29BS(|!  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Sxzt|{  
    >o,l/# z  
    摘要 M>_ U9g  
     DICS6VG}  
    Zv&<r+<g  
    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。 ki=]#]rg  
    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。 K zWqHq  
    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。     cl1>S3  
    'D&[Y)f^  
    1. 建模任务 .6HHUy  
     K$kI%eGZA  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ PDNbhUAV  
    s)9d\{  
    YE;Tpji  
    2. 方法 >#[,OU}N  
     -a\[`JHi  
    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： %ki^XB86  
    26B+qXEt  
     !&#5 *  
    HyGu3  
    _Y _v&  
    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。 hA:RVeS{  
    ly( LMr  
    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。 Zt/4|&w  
     4D=^24f`0  
    WlW7b.2.  
    , G9{:  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 C7Ny-rj}IA  
    R?5v //[  
    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。 RcpKv;=iB  
    hmp!|Q[)  
    1) 评估最大模式阶数 x.kIzI5  
    %Fp 1c K  
    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： wrm ReT?  
    4RL0@)0F  
    T0v{qQ  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @ebSM#F?  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 KvY1bMU!  
    }UX0 eI4  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 /vNHb _-  
     8Os: SC@Q  
    Gy6PS{yY6t  
    6Ij'z9nJw  
    Ng|c13A=  
    2）设置多模高斯光源 J. $U_k  
    Xv2Q8-}w  
     +<rWYF(ii/  
    \V%l.P4>e  
    'n/L1Fn  
    3) 设置优化函数 m5 l,Lxj  
    .1YiNmW=  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 %4^NX@1jV  
    9CPr/q9'  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 RfQ*`^D  
     ;!pSYcT,  
    Btyp=wfN[  
    (-%1z_@Y  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Dks"(0g  
    } e]tn)  
    t{Wu5<F:  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization）   |Sr  
    :CGh$d] +  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 j]'ybpMT"  
    '7JM/AcC#K  
    a. 打开参数优化 A@ZsL  
    'cPE7uNT  
    9}$'q$0R]  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 :wY(</H  
    wo5fGQJ  
    图2
    e)f!2'LL  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： bBY7^k  
    ub9,Wd"^  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） &Y jUoe  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 % 8P8h%%Z  
     l?O%yf`s  
    SYA0Hiw7P  
    图3
    R 6 -RH7.  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 a[ yyEgm2  
    u[6aSqwC |  
    图4
    _g%,/y 9y  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 v~:'t\n  
    >)bn #5  
    图5 ,'%*z  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： #'8'5b  
    pcNpr`  
    图6
    0aa&13!5  
    4.总结 TEQs9-Uy  
    N) '|l0x0  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 q$kx/6=k  
     :X 9_~  
    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。 @*=eqO  
    ,SH^L|I  
    QQ：2987619807     \[<8AV"E-'  
     
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