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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） qha<.Ro  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 |2# Ro*  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 N9Ml&*%oX{  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ?]z ._I`E  
    ]Oy<zU  
    摘要 5f5ZfK3<i  
     @o ED tN  
    Ir'f((8:  
    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。 -}J8|gwwp  
    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。 R32d(2%5K  
    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。     H]e 2d|  
    epF>z   
    1. 建模任务 JF gN  
     A@ME7^w7  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 2?j1~]DvZ  
    H #BgE29  
    *"ShE=\p  
    2. 方法 H4,yuV  
     <c#[.{A}s  
    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： wu')Q/v  
    Z ux2VepT  
     9m6j?CFG}  
    #"_MY-  
    oB9m\o7$  
    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。 B^9 #X5!  
    7 SZR#L  
    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。 ;j=1 oW  
     B pT&vbY  
    9x!y.gx  
    keOW{:^i  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 gL`SZr9  
    ;"Y6&YP<  
    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。 ,)1e+EnV&  
    %a `dO EO  
    1) 评估最大模式阶数 w3>|mDA}I  
    AHGcWS\,X  
    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： iE(grI3  
    rRYf.~UH@P  
    V{{x~Q9  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 (#]KjpIK  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 pZxL?N!  
    $ *A3p  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 d}_c (  
     @_3$(*n$~  
    lQ"i]};<D  
    v=VmiBq[  
    ?W_U{=anl  
    2）设置多模高斯光源 7g9^Jn  
    RZA\-?cO)  
     `@7tWX0  
    'Aj>+H<B  
    |T*qAJ8c  
    3) 设置优化函数 <J-Z;r(gQN  
    ISew]R2  
    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)。 TzGm562o%  
    UmX[=D|  
    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。 ~py0Vx,F  
     ->=++  
    ,np`:fBMy  
    0h4}RmS  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 i5Q<~;Z+  
    6/ipdi[ _  
    oE1]vX  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） KTt$Pt/.  
    zD<9A6AB  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Q%Q?q)x  
    &Q>'U6"%  
    a. 打开参数优化 g/p9"eBpq  
    mcr#Ze  
    ( y*X8  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ue<<Y"NR  
    F  t/ x 5  
    图2
    I?Fa  
    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： IQe[ CcM  
    3z92Gy5cr  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 9dtGqXX  
    -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。 `e>F<{ M6@  
     z/k~+-6O  
    KxmPL  
    图3
    z.&% >%TPP  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 t<,p-TM]  
    myOX:K*  
    图4
    %C0O?q  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 D*'M^k|1  
    x9A ZS#e)[  
    图5 O>M*mTM  
    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~TIFmHkh%  
    &iy(oM  
    图6
    r5fkt>HZ  
    4.总结 ZHECcPhz  
    fhIj+/{_O  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 GtJ*&=(  
    I@Z*Nu1L  
    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。 Bye@5D  
    8t: &#h  
    QQ：2987619807     oEoJa:h  
     
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