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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） G{A)H_o*  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 E0`[G]*G  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 !~d'{sy6  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 E{gv,cUM  
    n{{ P 3f  
    摘要 ( 2zeG`  
     `Z8^+AMc  
    tE:X,Lt[  
    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。 tzNaw %\  
    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。 RH=$h! 5  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。      ,F}r@  
    =z-5  
    1. 建模任务 ( H[  
     Tc,$TCF  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ %|jzEBz@  
    (+x]##Q  
    ;[cai MA-  
    2. 方法 jI Z+d;1  
     3q CHh  
    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： hpjUkGm5  
    A: c]1  
     |1i]L@&  
    xDLMPo&  
    !^1[ s@1  
    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。 {WKOJG+.  
    H%cp^G  
    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。 (s Jq;Z  
     vu ?3$  
    *) } :l  
    = uk`pj  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 !Z-9tYO  
    blmmm(|~|  
    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。 rV~T>x  
    jjX%$Hr  
    1) 评估最大模式阶数 7y;u} 1  
    WzlS^bZ  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： K@*rVor{  
    XW^8A 77H  
    S{ey@ X(  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 qf)C%3gXI  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 gjQ=8&i  
    . Jb?]n  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 aSTFcz"  
     H):-! ?:  
    0w'|d@*wV  
    o|+E+l9\  
    2@4x"F]U;  
    2）设置多模高斯光源 2 mSD"[%  
    fPOEVmj<  
     {:3.27jQ  
    q`cEA<~S  
    ?LR"hZ>  
    3) 设置优化函数 \ U Ax(;  
    jjX'_E  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 90?,-6  
    erXy>H[;  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 :cEd[Jm9  
     Tt`L(oF  
    ^t`f1rGR  
    E3LBPXK  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 =zz+<!!  
    xkF$D:s P  
    HRj7n<>L=  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） {zY`h6d  
    sE-x"c  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 32s5-.{c/f  
    {ip=iiW2  
    a. 打开参数优化 //~POm  
    " \`BPN  
    g&q]@m  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ]c5DOv&  
    (rAiDRQ[  
    图2
    _k6x=V;9g  
    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： @X K>  
    FPvuzBJ  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） r >E\Cco  
    -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。 #NW Zk.S  
     Akv(} !g  
    =d}gv6v2S  
    图3
    T!Xm")d  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 qbEKp HnB  
    p(~Y" H  
    图4
    <%M\7NDWDA  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 (D0C#<4P  
    w'!ECm>*`  
    图5 u82h6s<'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： iJ,M-GHK  
    dFd lB `L  
    图6
    >_&~!Y.Z=  
    4.总结 N 9c8c  
    1P+Mv^%I  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 RP,A!pa@  
    D8)O4bh  
    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。 :0WkxEY9  
    \s.1R/TyD  
    0[V&8\S~'T  
    QQ：2987619807     z\e>DdS  
     
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