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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） Y }8HJTMB  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 R I]x=  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Z FIgKWZ'  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 dkZ[~hEQG-  
    Ev&aD  
    摘要 &>XSQB(&%  
     ),0Ea~LB4  
    P2 +^7x?  
    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。 QW&@>i  
    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。 NaeG)u#+  
    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。     6!RK Zj)  
    _Tf0L<A'R  
    1. 建模任务 wr2F]1bh@  
     +VHo YEW  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ~-NlTx  
    h8HA^><Xr  
    Il!#]  
    2. 方法 =UF mN"  
     M\=/i\-  
    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： mQ:5(]v  
    {c=H#- A  
     "@&I*1&  
    tR-rW)0K3Q  
     Qs\!Kk@  
    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。 Ga $EM  
    =%d0MZD  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 uJ%XF*>_D  
     J ?H| "  
    |?<r  
    q=uJ^N  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 `xu/|})KI  
    yyu f  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ?L6ACi`9  
    Z$ Mc{  
    1) 评估最大模式阶数 =VDtZSa!$^  
    {#uf#J|  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： Z/= HQ8  
    jxA*Gg3cT5  
    "%{J$o  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 -$5nqaK?  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 &oqzQ+H  
    /km'#f)/  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Rac4a@hZ  
     '5m`[S-IU  
    ~:lN("9OI  
    d(j|8/tpA  
    F5;x>;r  
    2）设置多模高斯光源 A]"IQ-  
    Xw[|$#QKM  
     %y}l^P5z  
    @+ U++  
    7Yd]#K{$  
    3) 设置优化函数 &nEQ `3~F  
    Um\_G@  
    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)。 h$eVhN &Vv  
    */yR _f  
    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。 jFMf=u&U  
     nPS:T|*G  
    $*[-kIy  
    |=9=a@l]P  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 &DgJu.  
    D,J yb0BW  
    S;FgS:;  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） =/jCDY  
     zL,B?  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 YjM_8@ <  
    96$qH{]Ap  
    a. 打开参数优化 4BgrG[l)  
    Z#P:C":e  
    k^Q>  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 8 k%!1dyMB  
    Y +9OP  
    图2
    PRE\ 2lLY  
    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： eQvdi|6  
    ) HN,Az"  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ADQ#qA,/  
    -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。 Q7b$j\;I  
     J_=42aHO  
    $WV N4fg  
    图3
    f\~OG#AaX  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ;^K4kK&f  
    MSw:Ay [9  
    图4
    LgX"Qk&Ca  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6GZ zNhz  
    (\=iKE4#  
    图5 *75?%l  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： p+F{iMC  
    SqF9#&F  
    图6
    ^l(Kj3gM  
    4.总结 rg^  
    Jt3]'Nr04@  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ??!+2G#%!  
    )Bq~1M 2  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 ; iK9'u  
    M@n9i@UsO  
    l$_Yl&!q$  
    QQ：2987619807     FD&"k=p+X  
     
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