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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） -EaZ<d[|0  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ,gc#N  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 POXn6R!mM1  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 HWBom8u0  
    oUSG`g^P(M  
    摘要 (^9M9+L[i  
     4vS!99v)  
    &L]*]Xz;  
    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。 }C1wfZ~F~  
    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。 M(uB ;Te  
    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。     L#Y;a 5b  
    9(WC#-,  
    1. 建模任务 |Ze}bM=N  
     BaAb4{  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 1_C6KS  
    9A(K_d-!H  
    Q8oo5vqQ#C  
    2. 方法 O$/ swwB!  
     f:5/y^M&  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： R <\Yg3m8  
    ooSd6;'  
     x?'%  
    2*YXm>|1  
    VH6|(=8  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 8v 1%H8  
    [i1D~rCcn  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ?/MXcI(  
     q:EQ,  
    63Yu05'  
    ueBoSZRWX  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ,z )NKt#  
    #%"TU,[+  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 9[E$>o"%  
    Bqlc+d:  
    1) 评估最大模式阶数 F$ p*G][  
    >%dAqYi $  
    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： B1#>$"_0}=  
    IFofF Xv_  
    F)ld@Ydk=  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 t~K!["g  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 G%jJ>T4  
    r~_ /Jj  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 +STzG /9#  
     +/86w59  
    Ytwv=;h-  
    -L?% o_  
    rOr1H!  
    2）设置多模高斯光源 U2lC !j%K  
    YPDsE&,J)  
     T)tHN#6I  
    |0R%!v(,  
    g4SYG)'R+  
    3) 设置优化函数 ~LW%lMy;^|  
    Le:mMd= G  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 L9?/ -@M  
    SH$cn,3F8  
    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。 0+y~RTAVB  
     tF g'RV{  
    cBR8HkP~  
    P^m 6di  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 xj q7%R_,  
    l@/kPEh  
    FDs^S)B  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #33RhJu5,  
    [P c[{(  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 l%U_iqL&  
    (My$@l973  
    a. 打开参数优化 z "$d5XR  
    S@zkoj@  
    8|qB 1fB  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 N?{1'=Om  
    9f%y)[ \  
    图2
    bKJ7vXC05  
    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： .C;_4jE  
    Sc$8tLDLj  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） o"}&qA;  
    -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。 pH l2!{z  
     KP d C9H  
    ^C)TM@+  
    图3
    l(w vQO  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .A!0.M|  
    !a&SB*%^I3  
    图4
    qM!f   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 u}LX,B-n(  
    hB}h-i(u  
    图5 <RPoQ'.^  
    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： -0VA!3l  
    $K_YC~  
    图6
    71/m.w  
    4.总结 T<e7(=  
    P&%eIgAOL  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 87pXv6'FQ  
    hKZ`DB4  
    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。 Cq*}b4^;  
    "`i:)Et  
    Ds%&Mi  
    QQ：2987619807     _:Jp*z  
     
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