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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） T?RY~GA  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Wep^He\:  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Kg 6J:HD49  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 &@lfr623  
    Cfi4~&  
    摘要 ZXx1S?u  
     0z/*JVka  
    PaKa bPY  
    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。 /#00'(oD  
    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。 :'T+`(  
    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。     ~9]vd|  
    {.LJ(|(Mz  
    1. 建模任务 {]\7 M|9\  
     h~#iGs  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ *tv&=  
    KkUK" Vc  
    5{HF'1XgZ*  
    2. 方法 2G8w&dtu  
     af|h4.A  
    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： )+L|<6JXA  
    TJv .T2|  
     lc <V_8  
    MnD}i&k[  
    $2uC%er"H  
    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。 RL` jaS?V  
    ^=x/:0  
    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。 $q\"d?n  
     0h1u W26^  
    2WS*c7Ct  
    M+:5gMB'  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ?;RY/[IX6  
    OkC.e')Vx  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 r:sa|+  
    2B4.o*Q\  
    1) 评估最大模式阶数 syr0|K[  
    sV#%U%un  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： qIJc\,'  
    B=OzP+  
    }-tJ.3Zw  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ku,{NY f^Y  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 V< F &\  
    /%cDX:7X  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 5ih>x3S1/  
     L ,R}l0kc  
    , >WH)+a  
    Dspvc  
    F%V|Aa  
    2）设置多模高斯光源 h2'6W)  
    6 5zx<  
     %fF,Fnf2  
    `LoRudf_`  
    (RI)<zaK ;  
    3) 设置优化函数 , LwinjHA*  
    #U-y<[ 3  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 "3VX9{'%@  
    fBh"  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 oO;L l?~  
     d3znb@7  
    3PkZXeH/  
    jvQ^Vh!mC  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 _Yo)m |RaB  
    +7%?p"gEY\  
    bYLYJ`hH<R  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） \SmsS^z(]  
    ~U w<e~  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 v FL$wr  
    te[uAJ1 N  
    a. 打开参数优化 ga|<S@u?}  
    J,,V KA&  
    q+[ )i6!?  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 X[Iy6qt  
    |-6`S1.  
    图2
    K3vZ42n  
    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： @MibKj>o  
    D,=~7/g  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） z(c8]Wu#  
    -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。 lrc%GU):  
     UA'bE~i  
    &FmTT8"l  
    图3
    wxB HlgK4z  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 lO\HchG zB  
    f-#:3k*7S  
    图4
    |?jgjn&RQ  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 GTB\95j]  
    H,c1&hb/w  
    图5 $`UdG0~  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： ^}2!fRKAmo  
    >A{e,&  
    图6
    Btznms'  
    4.总结 qy?$t:*pp  
    waz5+l28  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 `\:Ede  
    `~\SQ EY$  
    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。 Wj3i*x$  
    a9&[Qv5-/  
    QQ：2987619807     Uy=yA  
     
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