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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） 'aZAS Pn[  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 xdqK.Z%  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 =6fB*bNk]  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 BtzYA"  
    js -2"I  
    摘要 I )5<DZB9  
     \qB6TiB/  
    .'&V#D0  
    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。 AJdp6@O +  
    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。 }1Z6e[K?  
    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。     V,vc_d?,_o  
    4dD2{M  
    1. 建模任务 &y\igX1  
     s*.3ZS5  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ I3PQdAs~&h  
    FllX za)  
    Zt_r9xs>  
    2. 方法 `H"vR: ~{  
     v1h.pbz`w  
    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： 8+ hhdy*b  
    T6X}Ws"  
     ']h IfOD"r  
    TA|s@T{  
    ki#bPgT  
    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。 (2tH"I  
    h\FwgkJP  
    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。 /=@e &e  
     >uHb ^  
    ?M~  k$  
    5VZjDg?  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 gvlFumg2  
    &r:=KT3  
    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。 {[tZ.1.w  
    !=y Q)l2  
    1) 评估最大模式阶数 :X Lp  
    {Xv3:"E"O  
    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： e5 3,Rqi)@  
    e[8UH=`|  
    O"iak  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 -K^41W71  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 t#~XLCE  
    Si R\a!,C  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 R>HY:-2  
     h$/JGm5uDb  
    USFg_sO  
    U=DEV7E  
    I)lC{v  
    2）设置多模高斯光源 OpUA{P  
    * :S~C  
     GFt1  
    |6*Va%LYO-  
    @,e8t BL  
    3) 设置优化函数 tah }^  
    K_&_z  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 %6HX*_Mr&  
    CIy^`2wq  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 61>f(?s  
     }LQ\a8]<  
    MQ9vPgh  
    R"{l[9j4>  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 I^:F)a:  
    HU9p !I.  
    [4\aYB9N  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） xW0Z'==  
    u# 3)p  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 LuL$v+`  
    QoseS/  
    a. 打开参数优化 *{nunb>WO  
    }Aw47;5q;  
    X  Ny Y$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 j.B>v\b_3  
    O]bKNA.5  
    图2
    ^vW$XRnt  
    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： N6q5`Ry  
    ?S9Nm~vlt  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） KC]tY9 FK  
    -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。 P9s_2KOF  
     B%mtp;) P  
    ;AJ< LC  
    图3
    rei5{PC  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 9t0Cj/w}  
    :$2Yg[Zc3  
    图4
    \ j:AR4  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 7*MU2gb  
    vzcz<i )  
    图5 Uuz?8/w}#  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： <5k&)EoT  
    UO1$UF! QC  
    图6
    I{EIHD<  
    4.总结 %Co b(C&}  
    p {?}g'  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 VfRs[ 3Q  
    g&kH'fR8  
    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。 mYzcVhV  
    B>@D,)/bT5  
    T\fudmj&  
    QQ：2987619807     _0m}z%rI  
     
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