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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） >EeAPO4  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 <q1'Li)_R  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 FB.!`%{  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ${CYDD"mdy  
    (-#rFO5~l  
    摘要 B{N=0 cSi  
     wC(XRqlE  
    cC' ^T6  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 b e_C>v  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 p( HyRCH  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     xf[z EEt  
    g!.Ut:8L9  
    1. 建模任务 #EEG>M*xB  
     9DY|Sa]#=  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ f^ywW[dF  
    #Ul4&QVeg  
    nxf {PbHk  
    2. 方法 Y+OYoI  
     KWtu,~O_u  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ;*"!:GR%h  
    olHH9R9:  
     L F8Pb;I  
    k>$FT `  
    /bu'6/!`  
    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。 p9k4w% ~:  
    QR|XV%$  
    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。 4LJ]l:m  
     tru;;.lj8K  
    )#)nBM2\  
    D l4d'&!  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 3^j~~ "2,w  
    8H&_,;  
    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。 ]VzqQ=U%  
    ,^n-L&  
    1) 评估最大模式阶数 g"TPII$  
    Y1m}@k,+M  
    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： :h^O{"au^  
    9*7Hoi4Ji  
    x:=0.l#  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 wxH (&CB-{  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 l7!U),x%/U  
    782[yLyv  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 cZCGnzy  
     )RpqZe/h4  
    J(3gT }z-  
    03P N{<  
    <Gbn PG?  
    2）设置多模高斯光源 .vCY%0oE  
    eL]{#WL  
     |LXrGyk^  
    N |OMj%Uk  
    =)mXCA^  
    3) 设置优化函数 ({D}QEP  
    iSSc5ek4  
    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)。  #a|6Q 8  
    TBoM{s=.  
    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。 {m?K2]](  
     I}6DoLbV  
    2rPcNh9  
    H1aV}KD  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 d,h~u{  
    N#<zEAB  
    yYxeNE"  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Yio>ft&g]  
    #i`A4D  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 _A@fP[C  
    4jC4X*  
    a. 打开参数优化 .g6PrhzFbk  
    2eZk3_w  
    7yq7a[Ra  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 h|(Z XCH  
    m &0(%  
    图2
    ``2QOu 1  
    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： }}4 sh5z  
    u7<qaOzs?  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Q:-%3)g<<  
    -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。 xA[Wb'  
     kT Z?+hx  
    IGh !d?D  
    图3
    mkj;PYa  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 I,CAFq  
    I =tyQ`  
    图4
    []2$rJZD9  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pJ 2:` f<;  
    AHp830\  
    图5 z*NC?\  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： 8%vh6$s6/  
    . BYKdxa  
    图6
     c{f:5 p  
    4.总结 T!^?d5uW#  
    TQOg~lH  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 S|RpA'n  
    ${E[pT  
    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。 !i~x"1  
    |1<]o;:  
    k *G!.  
    QQ：2987619807     `Q1WVd29  
     
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