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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） l%xTF@4e  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ~dzD7lG6  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 &3J^z7kU  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 xel|,|*Yq  
    5$Kd<ky  
    摘要 `+0dz,  
     @t0T+T3  
    0$0 215  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 @n=&muC}  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 s}-j.jzB{  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     VLVDi>0i  
    2.N)N%@  
    1. 建模任务 zg'.fUZ  
      ZpMv16  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ \ueCbfV!Z4  
    +XSe;xk;rD  
    :pNS$g[  
    2. 方法 V7`vLs-  
     [-i&)eX  
    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： )Gk?x$pY@  
    ,F*HZBNFZ  
     ?|pP&8r  
    ti$60Up  
    Z"qJil}  
    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。 bg/=P>2  
    $|7=$~y  
    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。 KJv%t_4'F  
     gK(G1  
    !* KQ2#e  
    :>Bk^"  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 4q:8<*W=  
    Jt #HbAY  
    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。 gs7_Q  
    j8 `7)^  
    1) 评估最大模式阶数 CrSBN~  
    Kv9FqrDj  
    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： &}0QnO_mj  
    uMpuS1  
    ^FQn\,  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 7 h0u7N  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 }s:3_9mE  
    %IE;'aa }  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 j%D{z5,nKm  
     XT*/aa-1'  
    o3eaNYa  
    [b&V^41W  
    2+?W{yAEi  
    2）设置多模高斯光源 `rK@> -  
    IW>~Yl?  
     r> Xk1~<!  
    sa _J6~  
    KATf9-Sz  
    3) 设置优化函数 2y|n!p T  
    W}"tf L8  
    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)。 r NKeY48\  
    jIwN,H1$-  
    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。 /OB)\{-  
     Iz83T9I&  
    8DMqjt3B  
    ?.uhp  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 _L` uC jA  
    7'65+c[&  
    F|y0q:U  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） %`K{0b  
    H=*0KX{  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 p&u\gSo  
    );y ZyWDV  
    a. 打开参数优化 `sIm&.d  
    .qKfhHJ  
    W`c$2KS?DO  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 B u%%O8  
    +'iqGg-  
    图2
    8B-mZFXpK  
    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： 1Y;.fZE  
    -!mtLaLw  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） <P ?gP1_zi  
    -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。 hO{&bY0  
     GA` bWl  
    ;K|K]c  
    图3
    wtfH3v  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 7HY8 F5Brx  
    b<#zgf  
    图4
    `8#xO{B1  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 e6H}L:;  
    vJct)i  
    图5 Z__fwv.X[  
    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： EE|c@M^  
    zBwqIJfM  
    图6
    2~7*jA+Ab  
    4.总结 m\CU,9;;(  
    ,quUGS  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ^c9_F9N  
    %Ie,J5g5  
    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。 R >SZE"  
    R.l!KIq  
    q4Bw5 ~n  
    QQ：2987619807     {q+gm1iC  
     
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