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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） ")HTUlcAe}  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Bw"L!sZ  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 uGJeQ  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 J mFzSR?}  
    ]&VD$Z984r  
    摘要 +:It1`A~]  
     Np|i Xwl1  
    /Os)4yH\  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 HqOSQ<-Fo  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 b_Ba0h=  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     "S[VtuxPCU  
    4cJ7.Pez  
    1. 建模任务 )sB`!:~HjP  
     + 7E6U*  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ *D;B%j^;  
    *kL1r w6  
    O(/K@e  
    2. 方法 V* fDvr0  
     ;'ts dsu}  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： I|9e4EX{y  
    C(iA G  
     :":W(O  
    vn0XXuquzC  
    3=dGz^Zdv:  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 %)l2dK&9"j  
    :n'QN Gj  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Cj5M  
     sNX$ =<E  
    #JuO  
    ?e]4HHgU]  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 R) @ k|  
    <`| }bt  
    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。 q.<q(r  
    wqE ]o= k  
    1) 评估最大模式阶数 `p#A2Ap A  
    fb`VYD9[^  
    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： kHz3_B9 [  
    2E2J=Do  
    g-}Vu1w0{6  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Q:-H U bB  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 .D4 D!!  
    A2rr>  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 "5dh]-m n  
     r*+9<8-ZX<  
    !k<+-Lf:2  
    kmov(V  
    :?RK>}4|F  
    2）设置多模高斯光源 /B1< N}  
    %$]u6GKabi  
     sSD(mO<(  
    7qW:^2y  
    LDPo}ogs  
    3) 设置优化函数 @4$F%[g h  
    V!},a@>p  
    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)。 }clFaT>m?  
    7)_0jp~2  
    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。 Nb]qY>K  
     XkdNWR0  
    gscs B4<  
    -'q=oTZ  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 7ky(g'  
    *^.b}K%  
    E>'pMw  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Iv/yIS  
     6f1;4Jfp  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ?;{A@icr  
    @KS:d\l}U  
    a. 打开参数优化 t1ZZru'r  
    Rut6m5>  
    P"i qP|  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 NqF-[G<  
    ,Y!T!o} 1  
    图2
    W8":lpp  
    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： *$l8H[  
    zNXk dw  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） **s:H'Mw_  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 `kj7I{'l%9  
     =e._b 7P  
    h/_z QR-  
    图3
    ~^5uOeTZ~  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 i:[B#|%  
    y"9TS,lmK  
    图4
    `DA=';>Y  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 4]dPhsey  
    w[|!$J?  
    图5 <#R7sco'  
    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： {H>iL  
    {UPIdQ'g  
    图6
    ,2kWj7H%7  
    4.总结 sPZa|AKHb  
    uNRGbDMA=  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 mU\$piei  
    ,5L &$Q6  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 `b%/.%]$  
    qrOTb9&y  
    vMC;5r6*d  
    QQ：2987619807     #o^E1cI  
     
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