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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） #*|Gp_l+%  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 *%p`Jk-U  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Xub<U>e;b  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 *74VrAo  
    24b?6^8~k  
    摘要 appWq}db  
     M:/)|fk  
    ih\=mB  
    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。 gi#g)9HG  
    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。 2M$^|j:[  
    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。     1/J3 9Y~+  
    f:u3fL  
    1. 建模任务 \&#IK9x{  
     EH~t<  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ chs] ,7R  
    XFmTr@\M  
    ^X\SwgD2w  
    2. 方法 =,w(D~ps  
     QFX/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： AR?1_]"=  
    @{LD_>R  
      J]4pPDm  
    FhJtiw@  
     f2.|[  
    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。 t4[<N  
    [L`w nP  
    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。 )1iqM]~;B  
     `c.P`@KA  
    $ts1XIK%  
    SDHJX8Hq  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Bp9_\4  
    9ymx;  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 -.t/c}a#  
    8m"(T-wb6{  
    1) 评估最大模式阶数 D4IP$pAD  
    [$e\?c  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： U@:h';.  
    Z(wj5;[G  
    MfG8=H2#|  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 /#-zI#iK  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 0 P2lq  
    LCMZw6p  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 6z2WN|78  
     5v_vv'~  
    @wPyXl  
    hUP?r/B  
    aNDpCpy  
    2）设置多模高斯光源 6.6;oa4j  
    YMr2Dv\y  
     5iZx -M  
    6R#.AD\  
    3{H&{@Q  
    3) 设置优化函数 32z2c:G  
    GAU7w"sE  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 kHz?vVE/l  
    5H }d\=z  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ,R[<+!RS  
     E>isl"  
    /K :H2?J  
    ',m!L@7M5  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 r<OqI*7  
    +HkEbR'G0  
    `dJ?j[P,p  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） w:h([q4X  
    Y. KJP ?  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 oCSJ<+[(C  
    ,Q,3^v-  
    a. 打开参数优化 /WMJ#IE  
    MmH(dp+  
    _jM+;=f  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 @pN6uDD}R  
    %0q)PT\  
    图2
    EYR%u'&7'  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 1k!$#1d<  
    F@<^  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） %@^9(xTE  
    -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。 >A>_UT_"  
     xp%LXx j  
    jhB+ ]  
    图3
    icN#8\E  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 4P=)u}{]^#  
    chXTFLC~  
    图4
    u85?f  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :RDQP  
    =VGRM#+D  
    图5 jygKw+C  
    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： nVoP:FHH  
    !laOiH  
    图6
    ?6_U>d{  
    4.总结 M9QxF  
    s)}EMDY  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 I>:.fHvUC  
    PBb'`PV  
    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。 rnQ9uNAu  
    ,:pKNWY)Q  
    g-<[* nF  
    QQ：2987619807     3Gt@Fo=  
     
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