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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） <~wr;"S  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 vE4ce  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 bo>4:i  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 j A/xe  
    d"h*yH@  
    摘要  Z1@E  
     `R\aNgCS}  
    Id_?  
    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。 R 1CoS6  
    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。 1^F !X=  
    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。     8v eG^o  
    WX2:c,%:  
    1. 建模任务 /HlLfW  
     ?<_yW#x6  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ `TugtzRU  
    heLWVI[so  
    6xDYEvHS  
    2. 方法 sR(or=ub~  
     Nd5G-eYI  
    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： /iz{NulOz*  
    \U(;%V  
     OHEl.p]|  
    HLD8W8  
    EL--?<g  
    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。 |Z ), OW  
    n2e#rn  
    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。 `>.^/SGu>?  
     A"yiXc-N~\  
    Wc6Jgpl  
    4FWL\;6  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 k/U1 :9  
    7FQ&LF46  
    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。 .?<M$38fv  
    gL)l)}#  
    1) 评估最大模式阶数  j<BW/  
    ef !@|2  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： REEs}88);'  
    %9^^X6yLM  
    NVt612/'7y  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 F_<n8U:Y  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 u ZzO$e  
    pfs'2AFj  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 {~L{FG)O  
     6"OwrJB  
    Z}b25)  
    { :^;byd  
    c >8I M  
    2）设置多模高斯光源 D@O#P^?  
    zCpsGr  
     pm)kocG  
    vS@;D7ep  
    <l#|I'hP  
    3) 设置优化函数 #![9QUvcf  
    JY5)^<.d  
    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)。 [Dzd39aKr  
    /-{C,+cB  
    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。 Ht{Q=w/ 9  
     B4l*]K%  
    Q+ i  
    4Go$OQ`  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 -za+Wa`vH  
    g-4m.;  
    5.IX  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） KxA ^?,t[  
    ?3duW$`  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Ro2Ab^rQ|  
    .!oYIF*0zC  
    a. 打开参数优化 SV?^i`  
    , z-#B]  
    ep,"@,,  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 e >6NO  
    )R+26wZ|n*  
    图2
    [iO*t, 3@h  
    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： +o ;}*  
    4qYT  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8:9/RL\"x  
    -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。 2HX#:y{\l  
     *XCgl*% *  
    ji&%'h  
    图3
    (m~gG|n4  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 e`7dRnx&0  
    C"gH>G  
    图4
    f"Z2,!Z;  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 .Fl5b}C(  
    Vm"{m/K0  
    图5 =O.%)|  
    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： ]di^H>,xU  
    <N~&Leh  
    图6
    r8wip\[  
    4.总结 #~JR_oQE!  
    f|r +qe  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !vY5X2?tr,  
    Z'<I Is:J  
    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。 \* /R6svz  
    tK0Ksnl^  
    o9JZ -biH  
    QQ：2987619807     (c\i.z  
     
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