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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） e_=TkG1E6  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 PtsQV!  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 JOwm|%>3a  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 9U&~H*Hf  
    $ /`X7a{  
    摘要 9`y@2/!Y  
     {$qE>ic  
    Lmsc ~~  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 Q~k5 }n8  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 tVQq,_9C  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     Br4[hUV/  
    Ui?iMtDr  
    1. 建模任务 x994B@\j+  
     rj}O2~W~4  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Sf*1Z~P|  
    ^+p7\D/E(  
    cY mgJBG  
    2. 方法 mqj]=Fq*  
     qXqGhHoe;  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： }TQa<;Q  
    ~aPe?{yIUa  
     QL]e<2oPJ  
    *'w?j)}A9g  
    _=Z?5{7S >  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 *Xcqnu('  
    &cGa~#-u  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 x" lcE@(  
     5(5:5q.A/D  
    3c%_RI.  
    H2lQ(Y+H  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 2OVN9_D%  
    )Fgu'  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 @yM$Et5  
    &NKb},~  
    1) 评估最大模式阶数 ~+ kfb^<-  
    PctXh, =  
    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： <$(y6+lY  
    E$.fAIt  
    n&l(aRoyx  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 (^oN, 7  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 v]Fw~Y7l!  
    'B:8tv  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 5G2G<[p5oQ  
      8 X Qo  
    a8$4  
    6(=B`Z}a  
    mW2D"-s  
    2）设置多模高斯光源 nz|6CP  
    W_L*S4 ~  
     cgnMoBIc  
    nW)?cQ I  
    ZIN1y;dJ  
    3) 设置优化函数 /!?b&N/d)  
    EXMW,  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 u*f`\vs  
    IR:GoD+  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 #_eXybUV  
     {]bmecz  
    e |K_y~  
    jG~-V<&  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 %QG3~b% h  
    =r4sF!g  
     zo1T`"Y  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Pbd[gKX_  
    A9lw^.  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ;A4qE W  
    mqHcD8X  
    a. 打开参数优化 {#st>%i  
    ClY`2  
    Zs(BViTb|  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 XV/7K "  
    |}L=e.  
    图2
    :zX^H9'E<(  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： |sI@m@  
    i=L 86Ks  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） tm/=Oc1p  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 el U%Z9  
     )RN3Oz@H  
    (/At+MF3E  
    图3
    ^KdT,^6T  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 MJh.)kd$  
    O1UArD  
    图4
    \61H(,  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 <THw l/a  
    +m]-)  
    图5 S{?l/*Il*_  
    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： #1%ahPhR+  
    wK0x\V6dJ  
    图6
    (a0(ZOKH  
    4.总结 :2H]DDg(  
    ~;jgl_5?b  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 8o[gzW:Q)U  
    -.r"|\1X  
    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。 $@@ii+W}\  
    CuK>1_Dq  
    KTt+}-vP^  
    QQ：2987619807     3b\s;!  
     
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