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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） FLr ;`3  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 mP}#Ccji?  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 T~>#2N-Z  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 =xl~][  
    4E3g,%9u  
    摘要 l\Ftr_Dk  
     Jh@_9/?  
    t9 F=^)s  
    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。 Px;Cg 6  
    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。 }KB[B  
    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。     s3QEi^~  
    Z[L5 ;  
    1. 建模任务 w G!u+  
     4u1KF:g  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ !`wW_W  
    =_d%=m  
    QZYU0; VF  
    2. 方法 [_!O<z_sB  
     l (kr'x  
    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： }C#3O{5  
    H~fdbR  
     N}Vn;29  
    < oI8-f  
    Re[ :qLa]  
    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。 "> 90E^  
    f(:1yl\a  
    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。 ')TPF{\#  
     uofLhy!  
    $kz!zjC'  
    ltA/  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 !]b@RUU  
    $@uU@fLB  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 %_f;G+fK\p  
    {d!Y3+I%G  
    1) 评估最大模式阶数 );JJ2Jlkd  
    ")`S0n5e  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： m_lr PY-  
    +Ui_ O  
    Es8#]'Rk  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 T9jw X:n  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 b|?;h21rG  
    {B{i(6C(  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 5P ke8K  
     p@I9< ^"  
    Cvn$]bt/s  
    7 .+al)hl  
    iuAq.$oi{  
    2）设置多模高斯光源 l)|lTOjb  
    [)|+F wJ  
     >)c9|e=8  
    !#WqA9<  
    <r\I"z$  
    3) 设置优化函数 \< 65??P  
    'mV:@].le  
    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)。 dgc&[  
    /lH'hcXcX  
    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。  ;}4k{{K  
     (F&YdWe:  
    |63Y >U"  
    Lb~\Y n'z  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 #PAU'u 3{/  
    {LB`)Kuu  
    =AkX4k  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） a%J /0'(d  
    }$aNOf%:  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 "c Pz|~  
    CeW7Ym  
    a. 打开参数优化 {D(,ft;s^  
    !S,pRS+  
    _*`q(dYcf  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ScJu_A f  
    hqW$k w  
    图2
    $u5.!{Wq?  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Vy;_GfT$  
    e_.~n<=  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 5 ,ZRP'oI  
    -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。 uUS)#qM |  
     </ZHa:=7  
    1t2cY;vJ  
    图3
    i+ic23$4M  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 'j#a%j@{  
    78w4IICk  
    图4
    m+T2vi  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ~@fanR =  
    (Y;'[.  
    图5 SALCuo"L  
    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：  N|N/)  
    +Ag#B*   
    图6
    U_Y;fSl>  
    4.总结 i tW~d  
    9|a)sb7/  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 8A_TIyh?  
    uXNp!t Y  
    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。 q]l\`/R%u  
    4#@0T"T~M  
    Te}IMi:  
    QQ：2987619807     MM*-i=  
     
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