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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） +Uq9C-Iu  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 {f#{NA5  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 mp0p#8txi  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 -2|D( sO  
    lO8.Q"mxo  
    摘要 ?AP2Opsl  
     \v]}  
     m3 ;  
    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。 QRdNi 1&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。 zc]F  
    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。     C=@BkneQ  
    <1&kCfE&  
    1. 建模任务 #NNj#  
     .=rv,PWjZ  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ [e3|yE6  
    L@S"c (  
    5}9-)\8=z  
    2. 方法 [6 wI22  
     3XY$w&f  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： r\vB-nJ  
    Ql%7wrK  
     jM1_+Lm1  
    YS?P A#  
    (y^oGY;  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 FR0zK=\  
    y 4,2Xs9,  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 og MLv}  
     O 4N_lr~  
    W)^:*z  
    /`hr)  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Q6,rY(b6  
    tzi+A;>c(v  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 sxgR;gf6  
    ) EEr?"  
    1) 评估最大模式阶数 kR^7Z7+#*  
    ~D@ V@sX  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： @<CJbFgJp  
    jCW>=1:JGY  
    s7I*=}{g0.  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 vbqI$F[s  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 x~s>  
    }yx{13:[  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 h|=^@F_\`  
     Ms1G&NYP  
    @EfCNOy  
    P.qD,$-  
    M=yZ5~3  
    2）设置多模高斯光源 KyXgw  
    dtA- 4Ndm  
     H4l:L(!D  
    z$7YC49^  
    rctn0*MP  
    3) 设置优化函数 aU^>kRGc  
    Q)#<T]~=  
    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)。 l]WV?^*  
    6 $ IXER  
    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。 ~(aq3ngo.  
      cD0  
    ^+`vh0TPQ  
    Redp'rXT<h  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 [2i+f <  
    MF 5w.@62X  
    FVY,CeA.  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 1Dt"Rcn"4  
    {6 #3`  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 6sP;O,UX  
    NnHwk)'  
    a. 打开参数优化 R%#c~NOO  
    0p2 0Rt  
    '0t j2  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 $)n{}8^  
    LWVO%@)w  
    图2
    w-B\AK?}  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： T"QY@#E  
    7e8hnTzl8<  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） * D AgcB  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 v/m`rc]e  
     P*aD2("Z  
    N e^#5T  
    图3
    @b>]q$)(}  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ]m4LY.SQ  
    ++ dV5  
    图4
    N23s{S t  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 vnN_csJ#^  
    U">OdoZ,E+  
    图5 xje{ kx#  
    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： aNq Vs|H  
    >,] #~d  
    图6
    r#Pd@SV  
    4.总结 Ce:R p?  
    F)gL=6h  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (XW#,=rYk  
    k&~vVx  
    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。 Xrz0ch  
    Rp@u.C <  
    QQ：2987619807     &Mc mA  
     
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