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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）  $TGE  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 WRe9ki=R  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 a~>+I~^K5q  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Uf4A9$R.G  
    'S;INs2|->  
    摘要 j  Jt"=  
     3MH9%*w'0  
     LhKaqR{  
    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。 +`}QIp0  
    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:s$V.{!  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     =^\yE"a  
    m&a.i B  
    1. 建模任务 hSr2<?yk  
     8iA[w-Pv  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 4YX/=  
    i&=I5$  
    {<+B>6^  
    2. 方法 H65><38X/  
     5$$Yce=k  
    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： qQ6rF nA  
    Y7vUdCj  
     ;UUpkOQO(  
    lY -2e>  
    Td(eNe_4T  
    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。 Gj!9#on$7R  
    VokIc&!Uz  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 +Np[m$Z *  
     ",O |uL  
    ut j7"{'k|  
    Cw$0XyO  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 # 0kVhx7%  
    EdcbWf7  
    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。 aG_@--=  
    8L1 vt Yz  
    1) 评估最大模式阶数 SbLm  
    B! +rO~  
    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： !B|Aq- n,  
    1V ,Mk#_  
    4*Uzomb?q  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 03p D<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 N> 7sG(!'"  
    UlP2VKM1&  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 RG&t0%yj}  
     L!;"73,&(8  
    Y8v13"P6  
    w :nYsuF  
    $;iMo/  
    2）设置多模高斯光源 d?ru8  
    ml,FBBGq|-  
     11VtC)  
    d6^:lbj  
    S4 j5-  
    3) 设置优化函数 DplS\}='s  
    atiyQuT6Wh  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 )d~{gPr.  
    /Fk]>|*  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 *c<6 Er>s  
     ^yLhL^Y  
    B%7Az!GX  
    2t7P| b~V1  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 +$}3=n34)  
    5bB\i79$  
    <uYrYqN  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） %<)!]8}P*  
    m>{a<N  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 VQ"Z3L3-4  
    X;bHlA-g  
    a. 打开参数优化 `- HI)-A97  
    ty8>(N(~  
    K/iFB  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 H@xHkqan  
    *z'v  
    图2
    J Bgq2  
    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： ;FGS(.mjlC  
    gc\/A\F<  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ,&~-Sq) ~  
    -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。 f\;w(_  
     Wsb>3J  
    =,b6yV+$D  
    图3
    F;bkV}^  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 (_%l[:o6  
    ^Gi7th,  
    图4
    J!Q #xs  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 N~uc%wOA  
    Sse%~:FL  
    图5 ]]o?!NX  
    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*j>s \  
    7W'&v+\  
    图6
    &S=Qu?H  
    4.总结 GrUpATIx  
    )K8 ^}L,  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 [_eT{v2B4  
    hg %iv%1B'  
    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。 Q45gC28x  
    ]=o1to-  
    QQ：2987619807     d"yJ0F  
     
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