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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） c{>|o  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 M 9"-WIG@h  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 3w'W~  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ~zyQ('  
    #F4X}  
    摘要 3h&bZ  
     [g|Hj)(  
    Taasi` k  
    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。 }ywi"k4>  
    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。 ;3 UvkN  
    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。     s.y}U5Ty?P  
    Dl\d_:+  
    1. 建模任务 sqG`"O4W  
     EcW1;wH  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ &@; RI~  
    p&5S|![\  
    B01^oYM}  
    2. 方法 8c).8RLf  
     |<Bpv{]P  
    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： }17bV, t  
    qGa<@ b  
     -eL'KO5'  
    QUp?i  
    GP]TnQ<*;  
    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。 }ecs Gw  
    )ddsyFGW  
    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。 UUm |@  
     xjrlc9  
    <gcmsiB|  
    la702)N{  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 b~as64  
    wlVvxX3%  
    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。 $e1:Q#den2  
    pqq?*\W&[v  
    1) 评估最大模式阶数 (nz}J)T&  
    CJA+v-  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 0n5!B..m}  
    z8tl0gd%D  
    M.[wKGX(  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 J@<!q  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 p`p?li  
    @g\;` #l  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 p1^0{ILx  
     qUg9$oh{LI  
    4:`[qE3  
    wA",SBGX  
    .C?GW1[c~@  
    2）设置多模高斯光源 >13/h]3  
    >Bx8IO1_\d  
     ! tr9(d  
    -t>Z 9  
    b[0S=e G  
    3) 设置优化函数 %`oHemSy  
    ~#t*pOC5BR  
    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)。 1M/$< kQ-N  
    k}<<bm*f  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ,-:a?#f>  
     to51hjV  
    ?\M)WDO  
    ifHU|0_=  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 _XWnS9  
    idz9YpW  
    Ge1duRGa  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） {\Ys@FF  
    Z>h{` X\2  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \-d '9b?  
    CPGL!:  
    a. 打开参数优化 x97H(*  
    RxMoD.kx  
    1=>2uYKR  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ()B7(Y  
    o"4E+1qwM  
    图2
    l_b_-p  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： h[,XemwX  
    #@q1Ko!NZ  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） <K,[sy&Qy  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 :ovt?q8">  
     a_AJ)4  
    L,W:,i/C  
    图3
    `OBl:e  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 F Nlx1U[  
    =G*z 5 3  
    图4
    [brkx3h  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 L^x5&CCwk  
    Ta^.$O=F  
    图5 }EP|Mb  
    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： S<9gyW  
    :-U53}Iy  
    图6
    ' rvE  
    4.总结 :U8k|,~f  
    ~9bv Wd1D  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ;8uHRcdQ  
    &AJUY()8  
    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。 q6Rw4  
    <oQ6ZX  
    QQ：2987619807     gz#+  
     
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