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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） %9mCgHQ9  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 T GMHo{ ]  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 s)=L6t^a6  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Oe9{`~  
    nGW wXySq  
    摘要 @n(=#Q3  
     1jmhh !,  
    [v-?MS  
    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。 JXj`  
    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^Ql[m&5+  
    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。     u\qyh9s  
    c%~'[W04\  
    1. 建模任务 H@IX$+;z  
     \)BKuIP  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ q){]fp.,@  
    !^axO  
    l^`!:BOtR  
    2. 方法 Q,\lS  
     >\DXA)nc  
    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： `?JrC3  
    ZuS+p0H"  
     %n}.E30 4  
    +G/~v`Bv  
    ;JL@V}L,  
    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。 n^Z?u9VR  
    \yG_wZs  
    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。 A94VSUDA:  
     #UND'c(5  
    r.ajw&J2  
    FeV=4tsy  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 A v2 _A  
    $E7yJ|p{  
    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。 Xkv>@7ec  
    * )]SsM1  
    1) 评估最大模式阶数 ^|sxbP  
    W>@%d`>o5  
    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： rW\~sTH  
    C)C;U&Qd  
    3al5Vu2:  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 CKBi-q FH  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 %Vt@7SwRJ  
    G~esSL^G/  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 coLn};W2  
     Gj)Qw 6  
    *Mp<4B  
    5Rec}H  
    S?3{G@!  
    2）设置多模高斯光源 a|s=d  
    ,}2j Fb9z4  
     H>7!+&M  
    t3s}U@(C  
    Og*1pvN<  
    3) 设置优化函数 l%w7N9  
    F 1zc4l6  
    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)。 Ow^%n(Ezh  
    '\_)\`a|  
    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。 i{e<kKh  
     rRt<kTk!U  
    W@S9}+wl*  
    kXjpCtCu  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 $\K(EBi#G  
    ud#8`/!mq  
    r=[}7N  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） uBMNkN8  
    B+B v(p  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 :YI>AaYWDO  
    sO6t8)$b  
    a. 打开参数优化 ~w*ojI  
    =lmh^**4  
    >S3 >b  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Lul?@>T  
    0ND7F  
    图2
    J~Ph)|AiS  
    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： P4AdfHk  
    W2B=%`sC  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ?-Z:N`YP  
    -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。 Arv8P P^'  
     1M{#"t{6  
    3gh^a;uC  
    图3
    {2Ibd i  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 u'b_zlW@  
    %jf gncW  
    图4
    .WPqK >79|  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 sg2C_]i,H  
    PWU#`>4  
    图5 H}~^,B2;  
    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： qprOxP r  
    gA|j\T{c  
    图6
    Og npzN  
    4.总结 ZM.g +-9  
    K\ ]r  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Z}C%%2Iz  
    ;v'Y' !-J  
    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。 ~e8n yB  
    fpi6pcof  
    QQ：2987619807     G<eJ0S  
     
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