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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） t6A:Z mG_  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 LI6hE cM=  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 NM6Teu_  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Q]w&N30  
    *s>BG1$<  
    摘要 -M1YE  
     !DI{:I_h(  
    =l0Jb#d  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 Xj5~%DZp  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 3t0[^cY8=z  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     XxaGp95so  
    { vN}<f`  
    1. 建模任务 Q lHd,w  
     %T[^D&9$,  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ -#Z bR  
    Q26qNn bK  
    C>[fB|^  
    2. 方法 .]9c/  
     M!tXN&V]  
    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： XbZ*&  
    k~|-gf FP  
     AT\qiznvP  
    %Jf<l&K .`  
    ]Y| 9?9d  
    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。 mnID3=JF  
    Cb_oS4vM  
    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。 \^V`ds*.  
     8l"O(B'#Z  
    $L2%u8}8:  
    i9D0]3/>  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 j}AFE  
    d.2mT?`#  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 `W-&0|%Ta  
    )Y8",Ig  
    1) 评估最大模式阶数 Bs M uQ|!  
    "aFhkPdWn  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： LjH*rjS4  
    //&j<vu s  
    P/ oXDI8  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 7HHysNB"w  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 \Fe_rh  
    KnNh9^4"\2  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 KHDZ  
     er.CDKD%L  
    wfjc/u9W6R  
    OGrBUP  
    `:eViVl6e  
    2）设置多模高斯光源 _7D_72  
    [,aqQ6S  
     RuG-{NF{F  
    G8IY#  
    (LtkA|:  
    3) 设置优化函数 =5s F"L;b  
    pfd#N[c  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 =]>NDWqpHN  
    6UE(f@  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 (.Lrmf@hI7  
     =q"eU=9  
    c:l]=O   
    2Nj9U#A  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 poJg"R4  
    vLO&Lpv  
    !%Y~~'5 h  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） C`'W#xnp1  
    ?'r9"M>  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ?Mp1~{8  
    ^<0IB#dA  
    a. 打开参数优化 Y?#i{ixX6n  
    F.)!3YE  
    /i)Hb`(S  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 k?VQi5M  
    p[2GkP  
    图2
    ~B$b)`*  
    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： AA:no=  
    ,5|d3dJS  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） <TNk?df7  
    -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。 p[WX'M0f  
     > 4oY3wk8  
    o;[bJ Z\^x  
    图3
    {5%/T,  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 $cVi;2$p  
    vRPS4@9'  
    图4
    jLcHY-P0V  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 T[Pa/j{  
    G*\h\ @  
    图5 XV'fW~j\  
    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： MF[z -7  
    +dkS/b  
    图6
    m h;X~.98  
    4.总结 XtBMp=7Oa  
    iS@\ =CK  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 4(vyp.f  
    5eX59:vtl  
    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。 tL0`Rvl  
    S)%_weLW7  
    &B!%fd.'  
    QQ：2987619807     v6e%#=  
     
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