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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） U} g%`<  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ;DGWUK.U[H  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ~L1N1Z)Kk  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 9 np<r82  
    7'<4'BGzl]  
    摘要 (* 2"dd  
     q2SkkY$_]y  
    5 Fd]3  
    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。 lF#Kg !-l  
    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。 ^yb_aCw  
    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。     N* z<VZ  
    -Pvt+I>  
    1. 建模任务 85X^T]zo  
     Ea3tF0{  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 1]kk  
    >,9t<p=Q  
    8G@FX $$Q  
    2. 方法 O_:Q#  
     J^?O] |  
    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： |l ~ADEg  
    `SU;TN0  
     kC#;j=K?  
    *]EcjK%  
     d,H%  
    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。 E+>;tLw3j  
    g-]td8}#  
    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。 Z-~^)lo  
     \Z~m6;  
    eygyVhJ  
    ]:f1r8<3p  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 R0+m7mx#E  
    'IgtBd|K>  
    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。 oL~Yrb%R  
    I4)vJ0  
    1) 评估最大模式阶数 HY42G#^  
    00Rk%QV  
    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： _%>.t  
    mH hm~u  
    v|e\o~2D`  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 !P;qc  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 I?:V EN:  
    xq]&XlA:ug  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 &fTCY-W[  
     zZy>XHR H  
    Tu"yoF  
    *[jaI-~S  
    $X{& KLM[  
    2）设置多模高斯光源 FqiK}K.~/  
    1H ZexV  
     Z86[sQBg  
    RXP"v-  
    d p?uq'  
    3) 设置优化函数 MRa>@Jn??A  
    ''(T3;^ +  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 >SzTZ3!E  
    A76=^ iw  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 OO@$jXZB  
     v14[G@V~\  
    bv] ZUF0  
    cEN^H  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 '3xSzsDn  
    < /}[x2w?]  
    &Y,Rm78  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ,5/gNg  
    i7p3GBXh[  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 UOwj"#  
    EEaFi 8  
    a. 打开参数优化 B>'\g O\2  
    ]l\J"*"aB  
    w?R6$n`  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 2{qoWys8[  
    Sz . _XY^  
    图2
    3sL#_@+yz  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ugL$W@   
    -}>Q0d)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ^WRr "3  
    -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。 \t(/I=E8/  
     e]5QqM7  
    J0x)m2  
    图3
    B.{yf4a#L  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 HH]LvK  
    [`:\(( 8  
    图4
    ;TR.UUT  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 rzex"}/ly  
    r+U-l#Q  
    图5 V^Nc0r   
    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：  R` N-^x  
    s5[ Cr"q7B  
    图6
    } o=g)  
    4.总结 Kg%_e9nj#  
    ,,6e }o6  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Nc7YMxk'H  
    ^,rbA>/L  
    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。 U_!6pqFc  
    w</kGK[O  
    QQ：2987619807     m=#2u4H4  
     
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