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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） K3Huu!Tr  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 k"t >He  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 #g,H("Qy({  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Q{O/xLf  
    X>2? `8M  
    摘要 "_t4F4z  
     &Y 'z?N  
    HS7R lU^  
    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。 L+_8QK<  
    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。 6KVV z/  
    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。     FSv1X  
    ! &y  
    1. 建模任务 5Qb;2!  
     AmZuo_  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 6!@0VI&P  
    e,^pMg~  
    HTw#U2A;+  
    2. 方法 X#VEA=4{  
     "@(58nk  
    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： ?.8<-  
    yz2(_@R  
     Tu==49  
    X+@s]  
    miPmpu!  
    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。 u]R$]&<  
    FZeP<Ban  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 hX&-/fF+f  
     ) 9xX  
    ]XY0c6 <  
    0"4J"q]&  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 CDJ$hu  
    ^mAJ[^%  
    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。 Ln:lC( '  
    STw oYn  
    1) 评估最大模式阶数 %,XI]+d  
    L+7*NaPY*  
    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' YJ"  
    n7@j}Q(&?  
    j+nv=p  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 FbmsN)mv!%  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 WBa /IM   
    _$!`VA%  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 *aI~W^N3  
     vpi l$Uq  
    ]/a g*F  
    Q~8y4=|#CY  
    QOd!]*W`?m  
    2）设置多模高斯光源 v3~FR,Kl  
    `6UtxJSx  
      K,6OGsh  
    9Kx<\)-GMD  
    @bE~@4mOu  
    3) 设置优化函数 $ND90my  
    p x0Sy|  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 gXF.on4B  
    uQWp+}>ZJy  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ERp{gB2U?  
     K0LbZMn,/  
    i]dz}=j'  
    ;|;iCaD a+  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 }{A?PHV5  
    Wy8,<K{  
    UUGe"]V^g:  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） j6H R&vIM  
    K\~v&  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 q P'[&h5Y  
    1!d)PK>1$  
    a. 打开参数优化 sSz%V[X WL  
    =D}4X1l  
    brfKd]i  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 {!MVc<G.  
    YQ+^  
    图2
    P sp^@  
    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： I.-v?1>,  
    v[smQO  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Ajg\aof0{  
    -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。 <$Ztik1  
     (2d3jQN`  
    1g~y]iQ  
    图3
    #>XeR>T  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 R2CQXhiJ  
    95[wM6?J  
    图4
    VjY<\WqbS  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ljuNs@q  
    l^ Rm0t_  
    图5 UP]1(S?  
    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： :pb67Al29  
    /h7.oD8CU  
    图6
    ODek%0=  
    4.总结 =},{8fZ4  
    p&\K9hfi  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 *<xrp*O  
    _0.pvQ  
    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。 Fe5jdV<  
    Ch7Egz l7?  
    (_ U^  
    QQ：2987619807     05"qi6tncz  
     
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