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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    离线infotek
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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） M@5?ZZ4L  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ~$~5qwl  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 z_|/5$T>U  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 t25,0<iW  
    3g >B"t  
    摘要 &}A[x1x06)  
     [D!jv "  
    Rj4|Q:XG  
    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。 1R,:  
    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。 DCZ\6WY1G)  
    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。     /oriW;OF  
    ~8]NK&J  
    1. 建模任务 6q{HU]N+  
     E160A5BTx  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ q}]XYys  
    <TP=oq?I/  
    V>b\[(=s  
    2. 方法 {DR`;ea])1  
     ;UfCj5`Q)4  
    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： h-%R<[  
    u,UmrR  
     %T~ig[GstX  
    '#&os`mQ  
    R;j!}D!4  
    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。 =F@W gn,  
    `|/<\  
    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。 }b-g*dn]5  
     (_"*NY0  
    og kD^   
    N|6M P e  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 >M`CVUf  
    *" {lMZ +  
    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。 `I3r3WyA  
    #H :7@  
    1) 评估最大模式阶数 F~P%AjAx'  
    *cgI.+  
    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： lqm1!5dt  
    1A\OC  
    |fHV2Y`:g  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 oIduxbAp  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 fc |GArL#}  
    yI"6Da6|y  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 wf:OK[r9  
     dzDqZQY$  
    #':fkIYe'  
    [_}J F}6  
    #n#@fAY  
    2）设置多模高斯光源 MZT23 [+  
    CL+}| 7O(  
     J%,*is EL  
    egq67S  
    <kx&w(=  
    3) 设置优化函数 sk=-M8;\  
    E<Q f!2s$  
    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)。 DKBSFm{~Q  
    iLkZ"X.'|1  
    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。 P7{gfiB  
     orjj' +;X  
    id1s3b;  
    Yj6*NZ*  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 R~S;sJ& c  
    n\^Tq<] a  
    23DiW#o'  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） C,NJb+J  
    C,v(:ZE$J7  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 /,g,Ch<d  
    M)2VcDy  
    a. 打开参数优化 ,f[>L|?e  
    @ < Q|5  
    5nKj )RH7M  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 !Rhl f.x  
    XBp?w  
    图2
    -De9_0#R  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： U G~ba  
    LdL/399<  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） u[DfzH  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 '*"vkgN  
     6jC`8l:  
    <gQIq{B?  
    图3
    3_MS.iM  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 '.81zpff  
    xUa{1!Y8  
    图4
    yFtd=AI'E  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 5Hw~2 ?a,  
    7~5ym15*  
    图5 LC'{p  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： .K p  
    +O*/"]h  
    图6
    \E*d\hrl{  
    4.总结 Lcg)UcB-#  
    TjwBv6h  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 i5CK*"$Q  
    0a-0Y&lQm  
    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。 7aQc=^vaZ  
    R' !  
    *fn*h[pV&  
    QQ：2987619807     9*{[buZX  
     
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