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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） |`0n"x7  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 N'?u1P4G  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 JvL{| KtyU  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Ch5+N6c^  
    O|'1B>X  
    摘要 ;gB`YNL  
     KY.ZT2k  
    ?obm7<  
    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。 Ia4)uV8  
    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。 m3 -9b"  
    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。     Mu&x_&|  
    d5!!Ut  
    1. 建模任务 ,:GN;sIXg  
     t'(1I|7  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ MbA\pG'T  
    (kw5>c7  
    [Qj;/  
    2. 方法 {vVTv SC  
     ]?K. S6  
    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： ar ^i|`D  
    ,={t8lN  
     X.V[0$.;  
    -d=WV:G%e  
    a9Y5  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 .F2 :!h$  
    caq} &A]C  
    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。 `JURQ:l)3^  
     46No%cSiG  
    5?u}#zO  
    'EhBRU%  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 bF-"tm  
    C+N k"l9  
    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。 m_7 nz!h  
    3z8C  
    1) 评估最大模式阶数 ,o#kRWRG  
    ] d?x$>  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： E>uVofhml  
     .\:J~(  
    X#p Wyo~  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 #&8rcu;/  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Ng=ONh  
    I'!/[\_  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 nJFg^s 1  
     |ys0`Vb=$  
    (6gK4__}]  
    {D`T0qPT[  
    o l ({AYB  
    2）设置多模高斯光源 =Lp7{09u  
    ~)]} 91p  
     4P8*k[.  
    &^.57]  
    nk=$B (h  
    3) 设置优化函数 AMCyj`Ur  
    9pSUIl9|j  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 K_&MoyJJ9f  
    9Kv|>#zff  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 H)(jh  
     &#w=7L3AW  
    x3G:(YfO  
    [2c{k  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 +9A\HQ|22  
    z j{s}*  
    UQ?%|y*Kc  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ~$,qgf  
    ,!QV>=  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 j<yiNHC  
    5K%W a]W  
    a. 打开参数优化 g=8un`]7  
    Bi%x`4Lf  
    b^CNVdo'  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 V"KS[>>f  
    1Y j~fb(  
    图2
    t0E51Ic@  
    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： x!< yT?A  
    tT%/r,  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8?FueAM'  
    -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。 p*3; hGp6  
     ^s:y/Kd  
    #1nJ(-D+  
    图3
    KLWDo%%u  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Sm{>rR  
    t#E}NR  
    图4
    fxQN+6;  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 # TkR  
    A<MtKb  
    图5 H*I4xT@  
    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： 2[yBD-":  
    #s5N[uK^m  
    图6
    &:#h$`4  
    4.总结 w}cY6O,1  
    va)%et0!  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 N@T.T=r  
    N_C;&hJN$w  
    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。 (g!p>m!Z  
    pbXi9|bI  
    QQ：2987619807     ( )T[$.(  
     
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