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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） @;m7u  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 d)m +Hc.  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 @$ E&H`da  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 e=KA|"v xh  
     ajF-T=5  
    摘要 3QSP](W-(  
     F0 WM&{v  
    9W$FX  
    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。 >W[8wR  
    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。 F3/aq+<P[  
    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。     )24r^21.q  
    1MI/:vy-  
    1. 建模任务 H3T4v1o6  
     ^]}UyrOn  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ "#x<>a )O\  
    \ 4y7!   
    !gv/jdF  
    2. 方法 X $LX;Lv  
     L~fx VdUz  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： U CzIOxp}  
    MKSiOM  
     E[bJ5o**#  
    \nM$qr'`B  
    [4'C4Zl  
    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。 \v bU| a  
    l@ vaupg  
    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。 dXgj  
     uxF88$=!t  
    SBo>\<@  
    uev$5jlX  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 _gZ8UZ)  
    dD@k{5  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 47s<xQy  
    1ipfv-hb6  
    1) 评估最大模式阶数 P]A>"-k  
    / *J}7  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： !|K~)4%rj  
    s"b()JP  
    .ky((  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 "2HSb5b"`  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]JB~LQz]k  
    Oz{.>Pjn^o  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 w7NJ~iy  
     ~`M>&E@Y_/  
    ')%Kv`hz  
    "TB4w2?=  
    rug^_d=B  
    2）设置多模高斯光源 Srw ciF  
    ^mr#t #[e  
     "4N%I  
    UO(B>Abp  
    5qo^SiB.  
    3) 设置优化函数 ZC+F*:$  
    D6&fDhO27  
    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)。 JF7n|o-`?  
    $r%m<Uc;}O  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 H'68K8i0  
     ud xLHs  
    9!sx  
    MK"PCE5^i6  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 |eT?XT<=o  
    yU"lW{H@  
    j3 d=O!  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ='f<_FD  
    Yjxa=CD  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 DE3>F^ j  
    3vTX2e.w  
    a. 打开参数优化 m)4s4P57y  
    jSbO1go#  
    gzqx{ ]  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 4Fhiac  
    Kl.xe&t@j  
    图2
    F. X{(8  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： "(j.:jayd  
    -Si'[5@  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） iyNyj44 H  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 JzH\_,,  
     T)Z2=5V  
    T-|SBNFw;  
    图3
    !FOPFPn  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ^yDCX  
    .zr2!}lB  
    图4
    *k'D%}N:  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 8m Tjf Br  
    Th,15H DA  
    图5 VgG*y#Qf$  
    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： De`)`\U  
    F`,XB[}2  
    图6
    tj 6 #lM9  
    4.总结 p~1,[]k  
    -+4:} sD  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 F-Mf~+=Dn  
    %.,-dV'  
    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。 clK3kBh~&  
    j48cI3C  
    QQ：2987619807     b,kXV<KtU  
     
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