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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 pMNnl6  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 [?n}?0  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 4EJ6Zy![0*  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 G C@U['  
    QKh vP>  
    摘要 cN7|Zsc\  
     6z5?9I4[  
    t7/a5x  
    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。 0T:ZWRjH  
    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。 (Zu8WyT2  
    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。     b\+9#)Up@  
    F"a31`L>H  
    1. 建模任务 Bz6Zy)&sAL  
     H?j}!JzAC  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ gal.<SVW  
    $B@K  
    }#E~XlX^  
    2. 方法 zg{  
     A"T*uv|  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： #po}Y  
    s ]Db<f  
     `BY&&Bv#?  
    ^qPS&G  
    ea!Znld]  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 6M@m`c  
    #}zL?s^G  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 "3VMjF\  
     _pR7sNeV  
    <9Pf] G=  
    pAd SOR2  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 lISu[{b?  
    d=:&tOCg2  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 O\zGN/!  
    Z#|IMmT;*=  
    1) 评估最大模式阶数 {1]Of'x'  
    6Er%td)f  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ]}jY] l  
    @W*Zrc1NF  
    .p(~/MnO  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 O$ ;:5zT  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 {;ur~KE  
    ( O/+.qb  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ){XG%nC  
     `K \(I#z  
    P7kb*  
    |.[4$C  
    OcGHMGdn  
    2）设置多模高斯光源 ~<w9a]  
    b7? 2Pu  
     s1NRUV2E  
    -4'yC_8t  
    }mSfg  
    3) 设置优化函数 cakb.Q  
    [vY? !  
    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)。 mu =H&JC  
    X?Mc"M  
    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。 6s|4'!  
     }w8:`g'T0/  
    y~pJ|E  
    f")*I  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 @AU<'?k  
    MPmsW &  
    b ZEyP W  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） eb>YvC  
    G' 'l,\3  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \Q<Ur&J]%  
    1f^4J~{  
    a. 打开参数优化 $zuemjW3p  
    wIT}>8o  
    fUg I*V  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 #D&]5"0cX  
    xl~%hwBd  
    图2
    s`:-6{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： aj<=]=hr  
    ^#VyIF3q  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ^N5BJ'[F:  
    -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。 __,1;=  
     >-{)wk;1&  
    x\Det$3Kx  
    图3
    UR&Uwa&.  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 2So7fZa^wg  
    5B'};AQ  
    图4
    =@d IM  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 /Ma"a ^  
    -S7rOq2Li  
    图5 zi*2>5g  
    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： v"6ij k&(  
    t<6`?\Gk  
    图6
    HV??B :  
    4.总结 jK^'s6i#  
    yjbqby7  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 / 1jb8w'  
    &1DU]|RoT&  
    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。 K~_[[)14b  
    4u zyU_  
    0 pH qNlb  
    QQ：2987619807     Dm1;mRS+  
     
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