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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） )x)gHY8;  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 O6/xPeak  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 vpi l$Uq  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 !h?=Wv ==]  
    Q~8y4=|#CY  
    摘要 TKd6MZhT  
     v3~FR,Kl  
    `6UtxJSx  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。  K,6OGsh  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。  Ll?g.z"  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     @bE~@4mOu  
    E_]k>bf\  
    1. 建模任务 b1 H7  
     pG~'shD~Dn  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ j|k @MfA  
    h>| g2h  
    kwO eHdV^  
    2. 方法 A=0@UqM  
     ?/)lnj)e{  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ,! hnm  
    L*9H#%3  
     YlrB@mE0n$  
    2p+C%"n>  
    Et.j1M|g  
    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。 Rh[Ibm56  
    dok)Je  
    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。 %/Bvy*X&  
     .8:+MW/  
    h^Qh9G0dn  
    }DbE4"^K7  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 k},>^qE  
    _Yy:s2I8B  
    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。 v[smQO  
    Ajg\aof0{  
    1) 评估最大模式阶数 <$Ztik1  
    (2d3jQN`  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 1g~y]iQ  
    #>XeR>T  
    <>n9'i1  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <&6u]uKrW  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 viJJ e'\2  
    BW>5?0E[4(  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 zWb -pF|  
     JCNk\@0i*  
    "1K:/n  
    Qww^P/vm  
    8?kP*tmcZ  
    2）设置多模高斯光源 x^X$M$o,l  
    Hsgy'X%om  
     3(C :X1  
    dHq#  
    bs BZ E  
    3) 设置优化函数 bQ"N ;d)e  
    K?[)E3  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 @0D![oA  
    `zY!`G  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 [g`,AmR\!  
     VyY.r#@  
    MUB37  
    7OE[RX8!f  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 guE2THnz3D  
    {\L|s5=yr  
    rw]yKH  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） P:^=m*d  
    u1N1n;#  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 P.h.M A]  
    Wy.";/C  
    a. 打开参数优化 V~[:*WOX  
    Yg&` U^7]B  
    gApz:K[l  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 f1J %]g!  
    _Z.cMYN  
    图2
    ;iQp7aW{$  
    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： GG+5/hU  
    Z\'wm'  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ;NP[_2|-,  
    -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。 y?Onb 3%  
     :~D]; m  
    ABZ06S/  
    图3
    {+Sq<J_`M  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 :3 y_mf>  
    R6<4"?*r  
    图4
    ??(Kwtx{  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 p[-{]!  
    3q?5OL^$  
    图5 V^2-_V]8  
    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： nE7JLtbH  
    :u-.T.zZl  
    图6
    r )8z#W>s  
    4.总结 r0{]5JZt/  
    Pin/qp&Fa8  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 I="oxf#q  
    fv2=B )8$  
    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。 auL^%M|$R  
    qtY m!g  
    QQ：2987619807     .8(%4ejJ(  
     
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