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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    科学家
     
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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） vzfMME17  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 .?3ro Q  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ?K pDEH~\  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 LvS5N)[  
    Eu&$Rq}  
    摘要 yc]_?S>9  
     `_)9eGQ  
    E<-W & a}  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 #y#TEw,  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 =/a`X[9vI  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     5|eX@?QF58  
    8i;drvf  
    1. 建模任务 VFZyWX@#u  
     dL4VcUS.  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 0B9FPpx?:  
    'q;MhnU+  
    'qiAmaX  
    2. 方法 i03S9J  
     um$U3'0e  
    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： GjW(&p$&  
    `UzH *w@e  
     sdCG}..`  
    <75x@!  
    @ ^F{  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 YY tVp_)  
    -}T7F+  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 2Q(ZW@0  
     vxPr)"Vvz  
    -6_<]  
    /KnIU|;  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 _G-6G=q  
    ;9)nG,P3  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 &,p6lbP  
    3C=QWw?  
    1) 评估最大模式阶数 pK{G2]OK{U  
    0hkYexX73  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ?\4kV*/Cqz  
    hA/Es?U]  
    R3_;!/1  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 [m< jM[w{  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 1=+S'_j  
    ?6vGE~ MuR  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 l#ct;KZ  
     @fo(#i&  
    JM0+-,dl[  
    kd&~_=Q  
    h Ks  
    2）设置多模高斯光源 2|exY>`w  
    V0,5c`H c  
     \C;Yn6PK0  
    K-*ZS8  
    po]<sB  
    3) 设置优化函数 90J WU$K  
    WQw11uMt@q  
    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)。 DD7D&@As  
    mDwuJf8}  
    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。 ]x& R=)P  
     s;Zi   
    0V"(}!=2a  
    {Ho_U&<  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 M9VAs~&S  
    g(jn /Cx  
    buKkm$@w  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） z:O:g?A  
    c0jTQMe4yl  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 I)3LJK  
    fWg 3gRI  
    a. 打开参数优化 XI ><;#  
    #cD$ DA  
    %AT/g&M&1#  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 HuA4eJ(2  
    @1k-h;`,  
    图2
    Frx_aGLH1  
    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： >W:kTS<  
    N^[MeG,8  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） \dB z-H'@  
    -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。 |a0@4 :  
     L)H/t6}i  
    h}m9L!+n8  
    图3
    JGhK8E  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 A}uWy^w  
    yi-)4#YN  
    图4
    dt=M#+g  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 bI;u};v  
    -Y"2c,~pH  
    图5 tOQnxKzu  
    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： T}'*Gry  
    [].euDrX  
    图6
    zP!j {y4w  
    4.总结 w0.;86<MV  
    L1SZutWD?  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 V1,4M_Z  
    1q*=4O  
    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。 kf' 4C "}  
    !|,djo!N  
    QQ：2987619807     =@;\9j  
     
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