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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） HmRwh  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 l<z[)fE{uS  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 %>5Ht e<  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 +S0A`rL  
    OkA-=M)RI:  
    摘要 My_fm?n  
     Mr/^V,rA  
    +<bq@.x  
    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。 2tn%/gf'm  
    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。 D1#E&4   
    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。     v`x~O+  
    ][wS}~):  
    1. 建模任务  v+G}n\F  
     .B#Lt,m  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ !Me%W3  
    ot(|t4^  
    rw_&t>Ri;  
    2. 方法  Q+dBSKSK  
     cr,o<  
    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： U|U/B  
    #Yj0'bgK  
     Y k~ i.p  
    [>Q{70 c[  
    },[S9I`p  
    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。 =CRaMjN  
    a-i#?hld  
    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。 $. V(_  
     !jYV,:'  
    zL)S,  
    lh?mN3-*  
    3. 在VirtualLab中的过程操作  w8FZXL  
     \2eYw.I=  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 s/Q}fW$ex  
    |nU:  
    1) 评估最大模式阶数 _eO+O=j_x  
    G/<{:R"  
    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： >KGQ#hnH  
    "NC( ^\l/  
    ua7I K~8l  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 5:n&G[Md  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 EY2s${26%  
    :GL|:  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 -! ;vX @  
     vc^PXjX  
    R+!2 j  
    :p8JO:g9  
    <!DOCvd  
    2）设置多模高斯光源 H~Q UN  
    Dq2eX;c@  
     TvI}yaCu/x  
    mjs*Z{_F^  
    >(%im :_  
    3) 设置优化函数 bIWcL$}4Q  
    %$sWNn  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 to:hMd1T  
    mYt(`S*q  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Y>%A*|U%  
     *'exvY~  
    X]y3~|K  
    m^]/ /j  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 tQ2*kE  
    Z$WT ~V  
    `5GJ,*{z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） xZ9y*Gv\=  
    xn}'!S2-b  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 mT-5Ok&TUe  
    /I6?t= ?<  
    a. 打开参数优化 D4o?  
    \DGm[/P  
    DlIfr6F  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 CqrmdWN  
    6[qRb+ds  
    图2
    dHOz;4_  
    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： |ZRl.C/e  
    `L9o !OsQ  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） K h% x  
    -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。 P<2yCovn`  
     &BE[=& |  
    1/1P;8F@G  
    图3
    ih~c(&n0  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 %FyB\IQ  
    ;\#u19  
    图4
    x!"!oJG^k  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 \=5CNe  
    );Gt!]p`;  
    图5 p=405~  
    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： ;=uHK'{  
    F ^E(AE  
    图6
    9"V27"s  
    4.总结 pl"|NZz 7;  
    5~.\rcr%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 sDbALAp +  
    v3]q2*`G#  
    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。 C2Y&qX,  
    =20Q! wcu  
    G_AAE#r`  
    QQ：2987619807     .s2d  
     
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