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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） $XF$ n#ua  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 hP"2X"kz&  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 h5P_kZJ  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 qfDG.Zee#  
    8c9HJ9vk  
    摘要 {M**a  
     joe)b  
    b > D  
    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。 Xd(^7~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。 3x[C pg,  
    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。     r)^sHpK:`  
    xgk~%X%K  
    1. 建模任务 /*#o1W?wQZ  
     +M-tYE 5n  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ {'IO  
    g{'f%bkG  
    &aRL}#U  
    2. 方法 Tdi^P}i_  
     \FsA-W\X  
    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： MltO.K!  
    -EiTP:A  
     ]rv\sD`[  
    e0`z~z]6&  
    'n'>+W:  
    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。 -pC'C%Q  
    s 47R,K$  
    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。 EZ<:>V-_D  
     P73GH  
    z=>fBb>w7  
    `>sOOA  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 pCE GZV,d@  
    Yz/Blh%V  
    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。 G0 )[(s  
    a`' >VCg  
    1) 评估最大模式阶数 1$0Kvvg[  
    ce;7  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： GQbr}xX. #  
    F!X0Wo=  
    j}uL  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @vl$[Z|  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 AX v q~XE  
    jYVs\h6  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 M@.l# [@U  
     _.JQ h   
    rDWAZ<;;  
    MqZ"Js  
    ~0p8joOH  
    2）设置多模高斯光源 vqeH<$WHvy  
    !,`'VQw$  
     hju^x8 ,=m  
    U"r*kO%  
    d'';0[W)  
    3) 设置优化函数 9Vt ^q%DC  
    3RtVFDIZA"  
    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)。 x {NBhq(4  
    .) Ej#mk  
    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。 $4{sP Hi)I  
     }+!"mJx@  
    %tVU Rj  
    + +L7*1t  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 "&={E{pQ  
    DSLX/u o1  
    Tksv7*5$  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 2_w pj;E  
    k{+cFG\C&  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ?g ,s<{  
    Z,)H f  
    a. 打开参数优化 #f#6u2nF\  
    NMkP#s7.y  
    *F( qg%1+  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 LLgw1 @-D  
    g4^-B  
    图2
    V48_aL  
    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[-N A  
    |.c4y*  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） UCVYO. 9"  
    -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。 "pDU v^ie  
     I2/am8!u%  
    Ar>B_*dr  
    图3
    9?\cm}^?  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 E3'I;  
    xo@1((|z  
    图4
    )x!q;^Js9A  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 `<tRfl}qs  
    h{)m}"n<R  
    图5 XNa{_3v  
    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： F$8:9eL,T  
    o+|>D&CW%  
    图6
    8U@f/ P  
    4.总结 r^Ra`:ca  
    5mAb9F8@  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 x;W!sO@$  
    tpS gbGzp  
    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。 )cH\i91  
    p.:|Z-W$  
    QQ：2987619807     N #v[YO`.  
     
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