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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） !NMiWG4R  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 S5\KI+;PW  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ^t?vv;@}  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 #giH`|#d  
    "dHo6CT,y_  
    摘要 45H9pY w  
     5DJ!:QY!  
    tA^CuJR  
    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。 CYYo+5x  
    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。 NInZ~4:  
    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。     aH\A  
    S@Aw1i p  
    1. 建模任务 ;Irn{O  
     [Pl''[  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Y+eDE:4  
    fo~>y  
    ~9#'s'  
    2. 方法 7n*"9Ai(  
     {a ]u  
    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|w w>m  
    +zK?1llt  
     /4;Sxx-  
    SPm2I(at7  
    t/@t_6m}*  
    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。 >z7 3uKA(  
    ^ywDa^;-  
    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。 LTuT"}dT[  
     Zr(eH2}0D  
    >J#/IjCW  
    & jm1  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 i:Gyi([C  
    DGg1TUE  
    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。 F<b/)<Bm=  
    WLiFD.  
    1) 评估最大模式阶数 lYmxd8  
    In8{7&iVO  
    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： |l@z7R+4*  
    Z29LtKr  
    Y$9x !kV  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 [=cYsW%WG  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 53>(2 _/[r  
    YF>1 5{H  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Gd$!xN %O  
     JvNd'u)Z<  
    ihekON":  
    ={51fr/C%  
    0`Uw[Er&  
    2）设置多模高斯光源 8#[2]1X^8  
    !?lvmq  
     z]D/Qr  
    >!%+9@a}  
    +S'm<}"1  
    3) 设置优化函数 y}?PyPz  
    y`z4S,  
    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)。 0|g@; Pc  
    db@^CS[P  
    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。 .hUlI3z9  
     ,/kZt!  
    *9|p}q9n  
    q>wO=qWx  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 |oSqy  
    3i\Np =  
    bjI3xAs~  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） X_!km-{  
    'Ydr_Ses  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 KK{_s=t%<  
    CH q5KB98+  
    a. 打开参数优化 RJKi98xwJ  
    I8c:U2D  
    !yr4B "kz  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Db  !8N  
    %m [l/,2x  
    图2
    <H{K&,Z(ZM  
    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： ?uU_N$x  
    `VvQems  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） My Ky*wD  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ,*YmXR-"  
     sbhzER  
    o+)y!  
    图3
    r^H,H'BohJ  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 5<Uh2c  
    n5;@}Rai  
    图4
    [lVfhXc&  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 !%$,S=_F  
    %nG>3.%  
    图5 < Wp)Y  
    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： k_uI&,  
    f~/hsp~Hp  
    图6
    8@LUL)"  
    4.总结 `)4v Q+A>  
    |=KzQY|u  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 +@yU `  
    =F}qT|K  
    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。 iX<" \pV  
    qkz|r?R)  
    QQ：2987619807     Gt _tL%  
     
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