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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） .nCF`5T!  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 (S/f!Dk&3  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 nO^aZmSu  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 g.-{=kZ   
    K3jKOV8   
    摘要 a4HUP*  
     +92/0  
    TJS/O~=  
    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。 &Rw4ub3  
    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。 hKP7p   
    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。     #" {wm  
    ;Awt:jF  
    1. 建模任务 : vN'eL|#  
     p!5oz2RK  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 0#}Ed Q  
    !#0Lo->OO  
    5S4kn.3  
    2. 方法 PCzC8~t  
     9\9:)q  
    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： dh r)ra]  
    >Micc   
     'TWZ@8h~  
    EA.4 m3  
    2pR+2p`  
    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。 -#Xo^-&  
    &DoYz[q  
    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。 oujg( ^E  
     QcBuUFf!c  
    H_gY)m  
    D:`b61sWi_  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 OwXw9  
    f9FJ:?  
    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。 ];& @T\Rj  
    @=CN#D12  
    1) 评估最大模式阶数 +&?#Gdb  
    *o<zo `  
    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： _*\:UBZx6  
    M*M,Z  
    J3Ipk-'lx  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 r8.R?5F@  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 1?:/8l%V  
    d/I,`  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3[mVPV  
     fBtTJ+51}  
    W&E?#=*X  
    OW}ny  
    a<%Ivqni  
    2）设置多模高斯光源 OV<'v%_&  
    M<h2+0(il  
     3>60_:+Zb  
    +OSF0#bj  
    \F`%vZrKR  
    3) 设置优化函数 YN.[KQ(!  
    zx:Qz  
    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)。 Zb> UY8  
    4%k{vo5i  
    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。 #0OW0:Q  
     tzH~[n,  
    l/WQqT  
     ! @EZ  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 hnOo T? V  
    b;kgP`%%  
    !vd(WKq  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） }Xa1K;KM{  
    6"@`iY  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 jtS-nQ|  
    -^C^3pms  
    a. 打开参数优化 {lv@V*_Y0  
    V)|]w[(Y  
    "{TVd>9_  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 @\ udaZc  
    JDbRv'F:(  
    图2
    ~w Ekbq=  
    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： Epo/}y  
    = Ob-'Syg>  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） xWC*DKV  
    -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。 l~",<bTc  
     a] =k-Xh  
    *;E\,,Io  
    图3
    @Z}TF/Rx4  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 VD.wO%9?)  
    TR7j`?  
    图4
    0j\} @  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 W}6OMAbsE;  
    &/+LY_r'<I  
    图5 $p(  
    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： G;jX@XqZ  
    +f){x9 :  
    图6
    "`6pF8k  
    4.总结  $I*<gn9  
    h^ o@=%b  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 =lb5 #  
    a_z1S Z2[  
    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。 g#*LJ `1  
    IjaFNZZC!  
    {TOz}=R"3h  
    QQ：2987619807     @IE.@1  
     
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