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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） ,^iT,MgNNf  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ,=ju^_^sA  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 /KiaLS  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 dZ,7q_r,~  
    l9 rN!Q|  
    摘要 q<g!bW%  
     }D~m%%,  
    A[88IMZs  
    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。 ,E(M<n|.  
    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。 5',b~Pp  
    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。     H'2o84$  
    sGMnm  
    1. 建模任务 HRd02tah  
     f`J[u!Ja  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ IgF#f%|Q  
    Wu?[1L:x  
    ^^Q> AfTR.  
    2. 方法 A.P*@}9  
     n u>6UjV  
    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： -fz(]d  
    RoD9  
     ~bjT,i  
    v@!r$jZ  
    3A b_Z  
    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。 SkXx: @  
    #4sSt-s&  
    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。 s[*I210  
     vinn|_s%  
    T 6rjtq  
    tUFXx\p  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Yceex}X*5  
    IC.R4-  
    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。 MB5X$5it  
    HtI>rj/\ x  
    1) 评估最大模式阶数  YP}r15P  
    |VX0o2  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： hniTMO  
    dC}4Er  
    Fc"+L+h@W  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 y=WCR*N  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1  2Y9@[  
    3rv~r0  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 cy_zEJjbD  
     xHwcP21  
    5NYYrA8,^  
    v/C*?/ ~  
    .$-%rU:*}  
    2）设置多模高斯光源 (<5&<JC{  
    R 9Y k9v  
     .*w3ryQ  
    /\uW[mt  
    {&Sr<d5  
    3) 设置优化函数 Js8d{\0\  
    ;hU~nj+{  
    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)。 NIOWjhi[Jn  
    A&;Pt/#'  
    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。 X1~ B  
     _M}}H3  
    0\^K\J ,.  
    qeZ*!H6-  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 v/DWy(CC  
    xYWg1e$k  
    V4 Wn  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization）  w4p<q68  
    * d[sja+  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 l ilF _ y  
    Ej64^*  
    a. 打开参数优化 ;F'/[l{+  
    5U&?P   
    5l(Q#pSX  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 o.H(&ex|  
    p^QB^HEV  
    图2
    )OcG$H NK  
    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： o5eFLJ6  
    e!~x-P5M`  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） rN^P//  
    -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。 ~,.}@XlgT.  
     g{06d~Y  
    9gokTFoN  
    图3
    Arb-,[kwN  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 V|8`]QW@  
    HN tl>H  
    图4
    S7 Tem:/  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 D#,P-0+%  
    & ]/Z~Vt  
    图5 v(tr:[V  
    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： >Kc>=^=5  
    PH}^RR{H[  
    图6
    |YAnd=$  
    4.总结 SQB[d3f  
    \!4sd2Yi  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 e:  
    Ug^v ]B9  
    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。 ( nH3  
    LMvsYc~]q  
    QQ：2987619807     =,=tSp  
     
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