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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） 6 Ia HaV+P  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ~_Fx2T:X  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 k1oJ<$ Q  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 6<T:B[a-  
    @HPr;m!  
    摘要 mt$rjk=  
     0|.jIix;  
    q ajZ~oB{  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 c BZ,"kp-  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 BGxwPJd  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     AO>b\,0Me  
    _ xTpW  
    1. 建模任务 }X?#"JFX?  
      V?1[R  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Hy1$Kvub  
    ge(,>xB  
    57EX#:a  
    2. 方法 "[!b5f3!I  
     WG3!M/4r H  
    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： G;flj}z  
    qB (Pqv  
     FR[I~unqD  
    pZ}B/j  
    Y!_{:2H8p  
    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。 5!fOc]]Ow  
    =\|,hg)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。 u*): D~A  
     m$=}nI(H  
    qFwt^w  
    )v_v 7 ~H&  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ]"b:IWPeI  
    `YC7+`q  
    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。 eA86~M?<o  
    )~)l^0X  
    1) 评估最大模式阶数 NIVR;gm  
    r'j88)^  
    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： NS2vA>n8R  
    ,|s*g'u  
    n0T|U  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 g i6s+2  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 n"T ^  
    Bh' fkW3  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 'E9{qPLk(  
     Q5T3  
    n)"JMzjQ<  
    ! #_2 ![  
    c0'ryS_Z9  
    2）设置多模高斯光源 %K4M`R|2]  
    ,wes*  
     e)n ,Y  
    $QwpoVp`~  
    Mq)]2>"v  
    3) 设置优化函数 +1YEOOfVY  
    OQ hQ!6  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 :Q>e54]'&  
    XDJE]2^52?  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 k:Y\i]#yP  
     =~hb&  
    38p"lT  
    Hz GwO^tbK  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 QF/_?Tm4  
    G |KA!q  
    i,r:R g~  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ` = O  
    =yZq]g6Q  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Bh2l3J4X  
    rhbz|Uq  
    a. 打开参数优化 iW(LD1~7  
    ah:["< z<  
    kEnGr6e  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 dEtjcId  
    H?];8wq$G  
    图2
    jeWv~JA%L|  
    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： (T#$0RFq  
    Cjr]l!  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） MGm*({%  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 0fXMY-$I  
     |-}. Y(y  
    o13jd NQ-  
    图3
    >|A,rE^Ojt  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 isL zgN%  
    yO1 7C  
    图4
    dgpE3 37Lt  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 49Jnp>h  
    y|ZL< L  
    图5 :TU|:2+  
    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： dYrgL3'  
    oL@-<;zKO  
    图6
    vd[7Pxe  
    4.总结 *uyP+f2O  
    ][S q^5`  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 tJ6@Ot  
    t|>zke!'  
    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。 }4YzP 4  
    /%&  d:  
    QQ：2987619807     !l0]IX` F  
     
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