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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） qPFG+~\c  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Nb^zkg  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 xFsB?d  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 l%sp[uqcg  
    p?dGZ2` [I  
    摘要 p/\$P=  
     OYqYI!N/  
    <Dt /Rad  
    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。 c8k6(#\  
    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。 cCo07R  
    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。     ^}i5 0SG:y  
    l }2%?d  
    1. 建模任务 jSeA %Te  
     }S~ysQwT  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 3b g4#c  
    'k-u9  
    GL;x:2XA  
    2. 方法 ; McIxvj  
     @e.OU(Bf  
    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： nZ`2Z7!  
    L}e"nzTE6I  
     2fj0 I  
    }5o~R~H  
    j=xtnIq  
    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。 lRF_ k  
    -!C Y,'3  
    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。 GvZac  
     #lBpln9  
    .R$+#_  
    a`EGx{q(  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 LH3N}J({  
    ;+r)j"W  
    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。 p0[,$$pM  
    )}k?r5g  
    1) 评估最大模式阶数 w+).pcG( *  
     =BqaGXr  
    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： 9%3 r-U=  
    }Ke}rM<  
    A]tf>H#1  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ~`G;=ITo  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 YmO"EWb  
    G)tq/`zNw  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 L5zG0mC8  
     DSDl[;3O{s  
    %|D\j-~  
    6PzN>+t^y  
    :{wsd$Qlj  
    2）设置多模高斯光源 @Q$ /eL  
    9?g]qy,1)  
     MUCJ/GF*  
    Z5*(W;;  
    (Qx-KRH  
    3) 设置优化函数 5|6z1{g8  
    86^ZYh  
    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)。 2#n$x*CY  
    q5I4'6NF  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 /v bO/Mr  
     `jUS{ 3^  
    EMW4<na[  
    ^7~SS2t!  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 (}~eD  
    Z0F>"Z _qn  
    G3_mWppH  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 4ye`;hXy  
    Hz3 S^o7  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 #>=/15:  
    MOqA$b  
    a. 打开参数优化 CJ}@R.Zy  
    ?9('o\N:  
    OO !S w  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 d,oOn.n&  
    {o5K?Pb  
    图2
    tRUsZl  
    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： St7D.|  
    k9_VhR|!  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） (!>g8=`"  
    -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。 eX l%Qs#Y  
     ]:E! i^C`Z  
    #hE3~+ i  
    图3
    #nc@!+  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 -YRL>]1  
    (;2J(GZ:$U  
    图4
    soqNzdTB2  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 T24#gF~  
    2;?wN`}5g=  
    图5 S!I <m&Cgc  
    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： IjB*myN.  
    zy/tQGTr@  
    图6
    L1Cn  
    4.总结 [^(R1K  
    vn%U;}  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 bZOy~F|  
    F&L?J_=  
    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。 bJ,=yB+0  
    m"|(w`n]E+  
    zIYr0k*%  
    QQ：2987619807     ^cmP  
     
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