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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） ;Qn)~b~  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 _\&v A5-  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 nIZ;N!r=i  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 0nr5(4h  
    POXd,ON9  
    摘要 pTeN[Yu?  
     2 o)8'Lp  
    ==#mlpi`S[  
    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。 Q Uy7Q$W  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 >:J7u*>$'  
    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。     6+ UTEw;  
    p C^=?!:U  
    1. 建模任务 +L0Jje>Az  
     MoZ8A6e?B  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ \^oI3K0`  
    <>v=jH|L  
    ~Vt?'v20@  
    2. 方法 8&Md=ZvK`  
     v`r![QpYf  
    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： '2z1$zst,#  
    JIc(hRf9>  
     t 7-6A  
    G!)Q"+  
    B@j2^Dr~!  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 Y6 <.]H  
    FW"n+7T  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 -bd'sv  
     KPjC<9sby  
    N&yr?b'!-*  
    "|Gr3sD  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 1'B&e)  
    =f?vpKq40  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 nV:RL|p2jw  
    BaVooN~C  
    1) 评估最大模式阶数 #=V\WQb  
    (nu;o!mo9  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： D_q"|D$SB  
    T@jv0/(+  
    j=dGNi)R  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 B ({g|}|G+  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 V]Rt[l]  
    m Ce"=[  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 &g"`J`  
     hnimd~E52k  
    (u4'*[o\t  
    W m&*  
    z3c7  
    2）设置多模高斯光源 R=2"5Hy=  
    )g?ox{Hol  
     |LRAb#F\  
    JU#m?4g  
    .?`8B9w  
    3) 设置优化函数 3#? 53s   
    ^[&,MQU{7  
    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 Heslvi  
    :K~sazs7J  
    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。 9m.MGJbQ_f  
     &+0?Xip{Z  
    [<|$If99\  
    /|8rVYSs  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 @'A0Lq+#  
    Y(u`K=*  
    Wo(m:q(Om  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） iR"6VO  
    nDS\2  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 &hUEOif  
    y=0)vi{]  
    a. 打开参数优化 JEs@ky?{z  
    ^(s(4|  
    } eF r,bJ  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 N!fjN >cw  
    LzxO=+=9!q  
    图2
    9}_'  
    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}5cl  
    nu)YN1 *  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） W^7yh&@lU  
    -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。 .D*~UI  
      =W&m{F96  
    _e/Bg~  
    图3
    2OpkRFFa  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +/bD9x1H  
    .SLpgYFL{  
    图4
    (I`lv=R"j  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 \H9:%Tlp~4  
    mE=Ur  
    图5 IT7],pM  
    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： F9Af{*Jw?x  
    p6aR/gFkqv  
    图6
    ~<-mxOe  
    4.总结 R58NTPm  
    ]Ok'C"V(j  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 QJ(5o7Tfn  
    vvG"rU  
    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。 61b*uoq0w?  
    QT5pn5+ z  
    QQ：2987619807     UCXRF  
     
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