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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） kq{PM-]l  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 A#yZh\#  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ;qA(!`h+  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 m W/6FC  
    kB2]Z}   
    摘要 9BZyCz  
     !mjrI "_  
    BHNcE*U}@?  
    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。 {Wi)/B}  
    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。 MO_-7,.y  
    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。     \aEarIX#*  
    jkVX>*.|oy  
    1. 建模任务 .T>^bLuFy  
     W~!uSrY  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ]O^C'GzZ  
    sp-){k  
    !`A]YcQ  
    2. 方法 ?;bsg 9  
     6h5,XcO4  
    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： {o."T/?d'  
    7;8#iS/  
     2C@ui728  
    DjMhI_Yu  
    "PK`Ca@`v  
    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。 l0v]+>1i:  
    \FL`b{!+ N  
    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。 J"$Y`;  
     (6Y.|u]bq  
    a(s% 3"*Q  
    a,YU)v^  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 mdB~~j  
    Z8vR/  
    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。 $q%l)]+  
    \Wn0,%x2  
    1) 评估最大模式阶数 ?r%kif)  
    skeXsls  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： u&npUw^Va  
    Lc?q0x^s  
    Z{ AF8r  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 'Cp]Q@]\  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 =9;2(<A  
    C}D\^(nLu.  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 q(n PI  
     C"[d bh!  
    Q\qI+F2?  
    rF:l+I]  
    SU$%nK)  
    2）设置多模高斯光源 Y *?hA'  
    w dpd`  
      ()`cW>[  
    *vS)aRK  
    )"sJaHx<  
    3) 设置优化函数 "NOll:5"(  
    11Y4oS  
    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)。 dZ;rn!dg>  
    9'I$8Su  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 mgL{t"$c  
     .cCB,re  
    %&\DCAFk  
    j@778fvM\t  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 /~6)Vt  
    +T*]!9%<`:  
    "}ZUa~7  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ~H\1dCW  
    {+  @M!  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 -s,guW |  
    yTpvKCC  
    a. 打开参数优化 2y` :#e`x1  
    sA1 XtO<&7  
    A>Y!d9]ti  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 F2WMts  
    6SVh6o@]  
    图2
    =!P  
    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： }$D{YHF  
    5nh:S0M6V  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） YM4njkI7  
    -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。 3lo.YLP^  
     J]mq|vE  
    ^E|{i]j#f  
    图3
    D! $4  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 u8sK~1CPf  
    n1+,Pe*)  
    图4
    &Rxy]kBA  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 A_xUP9g@?  
    +~cW0z  
    图5 S)~Riuy$  
    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： dd|/I1  
    vddh 2G  
    图6
    *oP&'$P  
    4.总结 o:C],G_  
    3|g]2|~w@h  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 N,Ys}qP  
    WeqQw?-  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 n]]!:jFC  
    W$_@9W(Bl  
    QQ：2987619807     '@Q aeFm  
     
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