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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） =O }^2OARo  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 j~k,d.17M  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ?Ts]zO%%Z  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 EwzR4,r\M  
    k9}8xpH  
    摘要 k~8-E u1  
     PaI\y! f  
    ->b5"{t  
    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。 k sv]  
    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。 Vc(4d-d5  
    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。     o1ZVEvp  
    !0,q[|m  
    1. 建模任务 ~a ([e\~  
     ,%TBW,>  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ +c))fPuV  
    z< L2W",  
    `q-+r1u  
    2. 方法 yjjq&Cn  
     JD$g%hcVZa  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 1%+-}yo<  
    uCDe>Q4@/  
     ;d6Dm)/(  
    BYq80Vk%@  
    UH!(`Z\C  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 r @4A% ql<  
    y(J~:"}7)  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ?}KRAtJ8  
     a<<4gXx  
    eM<N?9s  
    Y)1/f EM  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 \ASt&'E  
    GOc   
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ;;,7Jon2  
    u}iuf_  
    1) 评估最大模式阶数 (bb!VVA  
    vh a9,5_  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： |(.\J`_e  
    /}m)FaAi  
    Te-p0x?G.  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ZA(u"T~  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 L BbST!  
    -!PJHCLd  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 e=0]8l>\V  
     2<@2_wSJ  
    ,&_H  
    Hh% !4_AMw  
    J#(AX6  
    2）设置多模高斯光源 V'i-pn2gyu  
    t1?aw<  
     R(wUu#n$  
    oPKLr31zt  
    ?8-Am[xH  
    3) 设置优化函数 " @D  
    Y*NzY*V\  
    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)。 .TGw+E1k  
    ).71gp@&  
    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。 <F7a!$zQ  
     \4N8-GwZQ  
    h!w::cV  
    |n 26[=\B  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 $r!CQ 2S  
    IbI0".o  
    wEjinP$2  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） E#J})cPzw  
     pQiC#4b  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 7X>IS#W]  
    $XF$ n#ua  
    a. 打开参数优化 (7R?T}  
    -Uo11'{  
    h5P_kZJ  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 i\sBey ND"  
    8c9HJ9vk  
    图2
    {M**a  
    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： &r1(1<  
    ,31 ? Aa  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 83vMj$P  
    -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。 Jy(G A  
     yx]9rD1cz  
    YlrN^rO  
    图3
    ZwUBeyxS=c  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 jYp!?%!  
    4LTm&+(5  
    图4
    d>p' A_  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 m]n2wmE3n  
    x%EGxs;>^  
    图5 ^ptybVo  
    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： 4#IT" i  
    GLf!i1Z  
    图6
    dxX`\{E  
    4.总结 G[k3`  
    E{\CE1*  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 `Z;Z^c  
    VVeJe"!t  
    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。 h3@tZL#g  
    eAlOMSL\  
    wKM9fs  
    QQ：2987619807     p":u]Xgb  
     
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