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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） sL",Ho  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 (Z |Nz*<  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 2qgm(jo *y  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 6cVJu%<V  
    G 5!J9@Yi  
    摘要 jnzOTS   
     J-U5_>S  
    !l|fzS8g  
    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。 ZFFKv  
    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。 A8T75?lL(  
    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。     #O,;3S  
    Y=$PsDh!  
    1. 建模任务 W20H4!G  
     CY</v,\:#  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ {^*K@c  
    ;%a  
    (CR]96n  
    2. 方法 N?j#=b+D  
     Y2d(HD@  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 08MY=PC~R  
    `P *wz<  
     u.rFZu?E\  
    k esuM3  
    76eF6N+%}t  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ^hRx{A  
    FnWN]9  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 @aC9O 9|~  
     !e?2 x@J  
    ,vcd>"PK  
    &\m=|S  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 YwU[kr-i  
    TMw6 EM  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 4d63+iM+}  
    W!o|0u!D  
    1) 评估最大模式阶数 1%$Z%?  
    PR3&LI;B*  
    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： 8s9ZY4_  
    t->I# t7  
    4o3TW#  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ;2}wrX  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 " 7g\X$  
    z]HaE|j}S  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 CNl @8&R  
     "L&84^lmf  
    MRN=-|fV^  
    tRVz4fk[G  
    `DS7J\c$  
    2）设置多模高斯光源 $nqVE{ksV  
    ni?5h5-  
     sH51 .JG  
    c|s7 cG$+-  
    %V|n2/O Y  
    3) 设置优化函数 {NUI8AL46A  
    1!W'0LPM  
    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)。 BFswqp:  
    T!X`"rI  
    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。 2?nEHIUT  
     })umg8s  
    S0w:R:q}L  
    `5 Iaz  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Q" G;L  
    L>&9+<-B  
    Mhu|S)hn  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #<DS-^W!  
    {F ',e~}s  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 !W/"Z!k  
    KnC:hus  
    a. 打开参数优化 _)ZxD--Qg  
    DCKH^J   
    I~Q G  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 2= zw !  
    %[x PyqX  
    图2
    Slv91c&md,  
    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： UsgrI>|l  
    oVQbc \P3  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） u;9a/RI  
    -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。 rGlnu.mK^  
     W H%EC$  
    LRqlK\  
    图3
    a= (vS  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +-NH 4vUg  
    NH<~B C]I  
    图4
    .u:aX$t+  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 K(#O@Wmjq  
    ]OV}yD2p  
    图5 RMHJI6?LB  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： Zp/$:ny  
    <>H^:iqn  
    图6
    INY?@in  
    4.总结 Sq]QRI/  
    -I[KIeF  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 oQ}K_}{>  
    "KgNMNep  
    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。 v8K`cijSS  
    $"ACg!=M  
    Id=V\'$o  
    QQ：2987619807     .'b| pd  
     
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