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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） j xTYW)E   
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Bf{c4YiF  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 d0D*S?#8,C  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 eGQ -Ht,N  
    "*Gp@  
    摘要 N=~aj7B%  
     %rq/&#jC  
    L}\~)  
    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!3du:M  
    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。 ^2-t|E=  
    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。     `F4gal^ ^  
    !nt[J$.z^  
    1. 建模任务 g0>Q* x  
     g~]?6;uu  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ feG#*m2g  
    )k6kK}  
    ^]ig*oS\`  
    2. 方法 se&Q\!&M  
     C5x*t Q|  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ;T*o RS  
    `$i/f(t6`  
     C9L_`[9DO  
    "ot# g"  
    >m# bj^F\  
    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。 *5d6Q   
    ky=h7#wdv-  
    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。 eH^~r{{R  
     M}x]\#MMY  
    {W$K@vuV;?  
    h@%a+6b?  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 rWNywxnT  
    SmVL?wf  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 = ow=3Ku  
    HMqR%A  
    1) 评估最大模式阶数 V2LvE.Kj  
    4rrR;V"}  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ]3]=RuQK2  
    *I9O+/,  
    s"B+),Jod  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 )>I-j$%=2  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 r>cN,C  
    njckPpyb@  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 @^Yr=d ba  
     VCQo3k5 {  
    {B[ }}wX$  
    C@{-$z)  
    6QAhVg: A  
    2）设置多模高斯光源 f[wxt n'r  
    VMH^jCFp  
     ,)ZI&BL5  
    /_</m?&.U&  
    do:IkjU~  
    3) 设置优化函数 }No8to  
    #Fz/}lO  
    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)。 fi  [4F  
    y3OF+;E  
    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。 ^MO})C  
     $rm/{i_7  
    T,h 9xl9i  
    il% u)NN  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 M< /  
    vKBi jmE  
    pD;fFLvN  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） q5{h@}|M  
    Go(Td++HS  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 i>e?$H,/  
    Y`rli  
    a. 打开参数优化 H{hzw&dZ<P  
    }CL7h;5N 3  
    Oi<yT"7  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 %rJ 'DPs  
    `IT]ZAem`/  
    图2
    5GbC}y>  
    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： !cW!zP-B*p  
    ($-m}UF\/  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） dozC[4mF  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 )6(|A$~C+  
     %`*On~  
    JJK-+a6cX  
    图3
    Bk[C=<X  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 FG^lh  
    2'u%  
    图4
     hLj7i?  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 (AZAQ xt  
    8Qhj_  
    图5 rn/~W[  
    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： l=ZD&uK  
    |}b~YHTs  
    图6
    %j.n^7i]^:  
    4.总结 :kFPPx?  
    %OOkPda  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 OX%#8Lx  
    RFoCM^  
    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。 DL uaM?7  
    %SuELm  
    QQ：2987619807     4AMe>s  
     
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