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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） n-cz xq%n  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 .-:R mYGR  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ">? y\#O A  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 #\&jM -.-  
    )eFq0+6*)  
    摘要 $X%w9l e  
     fRTQ5V  
    D;V FM P  
    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。 U 9?!|h;7  
    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。 d45JT?qg&  
    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。     hb>,\46}  
    k^pf)*p  
    1. 建模任务 S> f8j?n  
     T1@]:`&  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ >Ic)RPO9  
    hr8v O"tZN  
    FS%Xq-c  
    2. 方法 nKFua l3  
     Um k9  
    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： CapWn~*g  
    lW,rzJ1  
     RhG9Xw9  
    eeuTf  
    -P09u82  
    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。 T j7i#o  
    a& Ti44a[  
    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。 #^- U|~,  
     io]e]m%  
    /x6,"M[97  
    9: bC{n  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 CL*i,9:NR  
    m~fA=#l l  
    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。 +h6c Aqm]  
    |wKC9O@%  
    1) 评估最大模式阶数 F*F U[ 5  
    fPs' A  
    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： ZJ} V>Bu-  
    ( Ck|RojC  
    @<ba+z>"~4  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 r*K[,  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 F/\w4T  
    z?HP%g'M~  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 IYq)p /  
     aClXg-  
    n"dC]&G'  
    S x';Cj-  
    [YY[E 7  
    2）设置多模高斯光源 Kr!(<i  
    swvn*xr  
     p/B&R@%  
    #Sj:U1x  
    MfhJb_q`  
    3) 设置优化函数 /O1r=lv3Z  
    #Al.Itj  
    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)。 hL#5:~(  
    Gb6t`dSzz  
    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。 9 ve q  
     gaaW:**y  
    #`5{?2gS9  
    hPhNDmL#3  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 >|L,9lR_b  
    "VxZnT  
    d]0.6T1[K  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） (MiEXU~v  
    P SDzs\s  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 KH)(xB=  
    7@u0;5p|  
    a. 打开参数优化 Paz yY   
    pOlo_na}[  
    P8DY*B k  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 0 !yvcviw  
    P g.PD,&U  
    图2
    cg$@x\fJ  
    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： iha{(-  
    /238pg~Cw5  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 4]jN@@  
    -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。 +!IIt {u  
     U`_(Lq%5W  
    mw9;LNi\D  
    图3
    DTrS9j?z  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Tx%6whd/'  
    E]`)  
    图4
    Bi9b"*LN  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Fx2z lM&  
    i|PQNhUe  
    图5 XQ&iV7   
    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： W!pLk/|ls  
    = R|?LOEK+  
    图6
    nYG$V)iCb  
    4.总结 ,Ju f  
    _ETG.SYq  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 fyIL/7hzf4  
    D4[1CQ@}4D  
    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。 elCDPZTf  
    lj $\2 B  
    i,NU%be  
    QQ：2987619807     /%Lj$]S7[4  
     
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