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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） R:zPU   
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Nz`4q %+  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 e0O2 >w  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 1O bxQ_x  
    ! 8q+W`{  
    摘要 ZMmaM "9  
     bWzv7#dd=  
    v,Lv4)  
    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。 L,*KgLG  
    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。 v?zA86d_  
    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。     TJ@@k SSbl  
    8X=cGYC#  
    1. 建模任务 ,}15Cse  
     KlMrM% ;y  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ (~F{c0 \C  
    BZy&;P  
    [%(}e1T(  
    2. 方法 p<1z!`!P  
     )X{x\ /N  
    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： Qmxe*@{`  
    Jy)E!{#x  
     7;dTQ.%n  
    :34#z.O  
    rQ|^H Nj  
    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。 uP<w rlW  
    ZD{%0 uh  
    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。 :fI|>I ~  
     )3<|<jwcx  
    m9bR %j  
    "KQ3EI/g  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8<(qN> R  
    fUQuEh5_  
    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。 %M{qr!?uj  
    H.EgL@;mb  
    1) 评估最大模式阶数 <. j`n  
    m(QGP\Ya  
    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： 44 bTx y  
    pEk^;  
    cU8Rm\?  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Y1a[HF^-  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 }:u" ?v=|j  
    7%?2>t3~  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 9{{QdN8  
     0yW#).D^b  
    w~J 7|8Y  
    %bo0-lnp  
    C"bG?Mb  
    2）设置多模高斯光源 mG4myQ?$  
    QC7Ceeh]4  
     &$yC +cf  
    juQ&v>9W)  
    H..g2;D  
    3) 设置优化函数 / fBi9=}+  
    P7GuFn/p~2  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 UhuEE  
    YXE?b@W"  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 j^ L"l;m  
     zfvMH"1  
    C Z8Fe$F  
    4;anoqiG\  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 >]N}3J}47g  
    ~hi\*W6jg  
    );T0n  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） }{>)2S  
    xWk:7,/  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 z3!j>X_w  
    +a$'<GvP  
    a. 打开参数优化 m0xL'g6F  
    r':wq   
    kO:|?}Koc  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 RlH|G  
    FEqs4<}E  
    图2
    R=uzm=&nR  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： C!KxY/*Px  
    +X[+SF)!  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） b~;gj^  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 I&9_F% rX  
     F?!P7 zW  
    h LYy  
    图3
    9>gxJ7pY  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 O$QtZE61  
    USgZ%xk2  
    图4
    z~[:@mGl  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 W;~ f865  
    &L3OP@;  
    图5 X}T/6zk  
    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： YyOPgF] M  
    I'&#pOB  
    图6
    NfG<!  
    4.总结 ?f@g1jJP  
    32y GIRV  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ?y1']GAo  
    p,_,o3@~  
    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。 0 p  6  
    u6hDjN  
    >*DR>U  
    QQ：2987619807     >uVo 'S.  
     
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