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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） |:`f#H  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 |Rw0$he  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 M5HKRLt  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ouK&H|'  
    MftW^7W-  
    摘要 ~!&WK,k6  
     Z,qo jtw  
    /OK.n3Tt  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 K0yTHX?(.  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 g}@_ @  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。      W *0XV  
    Y<X%'Wd\  
    1. 建模任务 xvQJTR k  
     1j# ~:=I  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ K& <|94_k  
    l.\Fr+*ej  
    Il%LI   
    2. 方法 Vc$x?=  
     Fd2Eq&:en$  
    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： 2[LT!TT  
    OljUK,I]  
     OqtQLqN  
    v2G_p |+O  
    *TVr| to  
    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。 C,hs!v6  
    QK<sibDI  
    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。 &OK(6o2m;  
     E< "aUnI  
    YTpSR~!Rj  
    \eH~1@\S  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 )\l}i%L:  
    f ySzZ  
    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。 _)O1v%]"4  
    R5NDT4QYU  
    1) 评估最大模式阶数 _N$3c<dY'  
    dE^:-t  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ZwB< {?  
    r#JE7uneT  
    s[NkPh9&  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 EA|*|o4)  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 "n," >  
    m{x[q  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 7f#e#_sM;  
     jxL} tS{j  
    =LDzZ:' X  
    rQ(Aj  
    =21$U[  
    2）设置多模高斯光源 9Iq[@v  
    Ii%^z?'  
     & V^ Z  
    R22YKXU  
     #8MA+  
    3) 设置优化函数 L/_h5Q:'W  
    t*m04* }  
    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)。 *9y)B|P^  
    LdwWB `L  
    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。 f <fa +fB  
     Q&@Ls?pu  
    zUXQl{  
    &YGd!Q  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 BCYTlxC'  
    'FgBYy/  
    ExeD3Zj  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 4='Xhm  
    t6m3lq{  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 dKTyh:_{  
    de1cl<  
    a. 打开参数优化 zsFzF`[k  
    2 -72 8  
    GPz0qK  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 n^B9Mh @  
    C-E~z{  
    图2
    c[J?`8  
    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： ]$Pl[Vegy  
    H )hO/1 m  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 3u#bx1  
    -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。 z/!LC;(  
     nNz1gV:0X  
    E-IVv  
    图3
    [~*5uSG  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 0gO_dyB  
    w=:o//~6j  
    图4
    WfpQ   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 J9eOBom8e<  
    JJ_b{ao<  
    图5 +Ac.@!X}%  
    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： J|,Uu^7`  
    \ne1Xu:hM  
    图6
    vF@hg)A  
    4.总结 ( m/uj z  
    fn.KZ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 NIgqdEu1  
    %jk7JDvl  
    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。 fh_+M"Y0`  
    Lh%z2 5t  
    QQ：2987619807     EP,j+^RVf  
     
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