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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） R* E/E  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 $.cNY+  k  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 `Te n2(D  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 RP7e)?5$s  
    oKz|hks[6  
    摘要 6CLrP} u  
     8=T;R&U^M  
    s7SW4ff1  
    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。 4CS 9vv)9R  
    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。 "4H&wHhT!  
    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。     06pLa3oi  
    $B*Ek>EK  
    1. 建模任务 -Uq I=#  
     I_'S|L  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ #,qw~l]  
    /lm;.7_J+  
    mmAikT#k  
    2. 方法 Q4TI '/  
     B=7bQli}  
    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： `z-4OJ8~  
    %z J)mOu  
     m7^aa@^m  
    d[w'j/{  
    &'N{v@Oi)  
    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。 8}\VlH]  
    0MF[e3)a  
    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。 ._~_OVU  
     K!5QFO4  
    R?(0:f  
    e4yd n  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 C&,&~^_F  
    |J'@-*5?[8  
    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。 5iz]3]}%  
    Av^{$9yl  
    1) 评估最大模式阶数 ?&_ -,\t  
    \kvd;T#t6  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ~+A?!f;-J  
    x %L2eXL  
    L|qQZ=  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 rBkLwJ]  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 5CueD]  
    ~_QZiuq&  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 M3odyO(  
     7$<.I#x  
    #gMMh B=  
    Ha1E /b]K  
    A9Q!V01_  
    2）设置多模高斯光源 *j?tcxq  
    ,u#uk7V  
     *$Z}v&-0k  
    ]U!vZY@\  
    o=_:g >5  
    3) 设置优化函数 8s/gjEwA  
    GRB/N1=  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ;3U-ghj  
    Sav]Kxq{  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Ds9pXgU( Z  
     &8_]omuNV  
    ^I~2t|}  
    d=o|)kV  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 A07g@3n  
    J_C<Erx[O  
    );_g2=:#  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 5DK>4H:  
    +(x^5~QX  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 a*$to/^r  
    X|q&0W=  
    a. 打开参数优化 x9Fga_  
    _7'9omq@  
    ;n%SjQ'%  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 nT..+ J)  
    :tp2@*] 9Z  
    图2
    I@+h| n  
    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： iZ<^p1i  
    a|SgGtBtT4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 15+>W4v  
    -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。 _Db=I3.HJ  
     `uM:>  
    z}.y ?#  
    图3
    S<rdPS*P  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 L6./b;  
    f.JZ[+  
    图4
    Zk4Hs%n  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 lYmqFd~p  
    $m,gQV~4  
    图5 lT#&\JQ  
    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： P?p>'avP  
    4z#{nZG  
    图6
    fuSfBtLPR#  
    4.总结 M(|Qvh{Q6  
    I_6NY,dF  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 0{^vqh.La  
    _x&;Fa%  
    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。 qYR $5  
    s:3 altv  
    QQ：2987619807     o(w!x!["  
     
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