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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） h>Kx  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 4.A^5J'W  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 #G9 W65f  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 t}t(fJHY`  
    %VHy?!/  
    摘要 4&)sROjV=  
     0TN28:hcD  
    nz 10/nw  
    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。 {i;,Io7 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。 *CN *G"  
    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。     j?T'N:Qd  
    PgtLyzc  
    1. 建模任务 srS!X$cec  
     )k<cd.MX  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ jCd]ENl+_  
    HZrA}|:h  
    4KPn V+h"b  
    2. 方法 uYW4$6S 3  
     Omd;  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Jb,54uN  
    W]4Z4&  
     J,$xQ?,wE  
    +.cpZqWn3  
    :8S;34Y;  
    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。 :>-zT[Lcn  
    \p!UY 3'  
    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。 vNi;)"&*  
     q@.>eB'92P  
    5:PS74/  
    s,R:D).  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 u%-]-:c  
    *qpFt Bg  
    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。 n"iS[uj,  
    #p+iwW-  
    1) 评估最大模式阶数 N^ +q^iW  
    a\sK{`|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： PRfq_:xy  
    !ooi.Oz*Tu  
    5(~Lr3v0  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 XtCIUC{r,  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 OvH:3 "Sdy  
    ]9!y3"..W{  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 le*+(aw  
     8Qi)E 1n  
    D:`Q\za  
    t 7Y*/v&P(  
    |bk9< i ?  
    2）设置多模高斯光源 `2>p#`  
    |E~c#lV  
     ?N4FB*x  
    NuOA'e+i  
    k26C=tlkv"  
    3) 设置优化函数 Kebr>t8^  
    %g :Q?   
    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)。 !mv5i%3  
    #7;?Ls  
    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。 c0wLc,)G  
     [%k8l~ 6  
    Zk`y"[J  
    ;R= n<=Axa  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 (iKJ~bJ  
    xLed];2G  
    Tm^kZuT{  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） l/3=o}8q  
    kq| !{_  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 gk%01&_>4  
    3$hIc)  
    a. 打开参数优化 3cHYe  
    <M9NyD`  
    4eWv).  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ]9_gbQ   
    6uD<E  
    图2
    J4+WF#xI2  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： x[mz`0  
    pZ8J\4+  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） [~Ky{:@)[  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 1v&!%9  
     |ufL s  
    kqX=3Zo  
    图3
    p2Khfl6-  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ]Ea-MeH  
    CUJq [  
    图4
    )l9KDObis  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 4Q!A w  
    NsI.mTc2  
    图5 r10VFaly  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： ~QSX 1w"  
    OxDq LX  
    图6
    Hc\C0V<  
    4.总结 PVg<Ovi^d  
    IP/%=m)\%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 'IY?=#xr'`  
    a X1b(h2  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 oeg Bk  
    WowT!0$  
    #czTX%+9(e  
    QQ：2987619807     t Cb34Wpf  
     
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