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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） 1;E[Ml  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 gbNPD*7g9  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 @7 xb/&N  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 p-n_ ">7  
    8`E9a  
    摘要 c`~aiC`l  
      R~u0!  
    [oN}zZP]  
    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。 IE*GF27n  
    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。 .m_yx{FZ=  
    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。     pVe@HJy6G  
    )%p.v P'p  
    1. 建模任务 L12m ;  
     J0xOB;rd  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？  Isv@V.  
    h _6QVab@  
    ypE cjVP D  
    2. 方法 iyNyj44 H  
     JzH\_,,  
    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： ?CGbnXZ4Ug  
    T-|SBNFw;  
     !FOPFPn  
    .um]1_= \  
    {`fhcEC  
    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。 Th,15H DA  
    #mY*H^jI]~  
    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。 .Q FGIAM  
     l +RT>jAmK  
    (!kOM% 3{  
    5`,qKJ  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Y%!3/3T  
    D*3\4=6x  
    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。 i/QE)"B"q  
    ]5IG00`  
    1) 评估最大模式阶数 D%k%kg0,  
    kSGFLP1FN  
    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： [O*5\&6  
    f h05*]r  
    A,-UW+:  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \y?Vou/  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 $ hwJjSZ0  
    QCkPua9  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 l1}=>V1  
     v>zeK  
    OI;0dS  
    "R@N}q<*v2  
    bTB/M=M  
    2）设置多模高斯光源 nWpqAb  
    vum6O 3  
     O~yPe.  
    6wH]W+A  
    FC<aX[~&3  
    3) 设置优化函数 i)fAm$8# G  
    vfAR^*7e  
    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)。 u'cM}y&  
    {8D`A;KD  
    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。 HJ[@;F|aU  
     0g% `L_e_  
    VS0 &[bl  
    KP" lz  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 IB#L5yN r  
    %rVC3}  
    )s^D}I(  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） " O1\]"j  
    [pi!+k  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \{  
    -'btKz*9  
    a. 打开参数优化 b:Oa4vBa  
    wi/Fx=w  
    W/COrgbW  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 :'RmT3  
    ig Fz~  
    图2
    _jt>%v4}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： MHo(j%I1E  
    rn3GBWC_C  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ) jBPt&  
    -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。 ^g/    
     0~{jgN~  
    p^PAbCP'|3  
    图3
    b 'p0T1K(  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 \k\ {S2SU  
    =Tv;?U C  
    图4
    X5i?B b.  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ZN75ON L  
    u|prVzm\m  
    图5 "&(.Z(  
    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： RGd@3OjN  
     WK;X6`  
    图6
    Z_vIGH|1  
    4.总结 apsR26\^  
    h:{rjXK  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 pC<~\RR  
    %Wy$m?gD  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。  hUy"XXpr  
    jG8W|\8  
    )/VhkSXbG!  
    QQ：2987619807     It$'6HV~Sb  
     
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