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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） l }^ziY!  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 eza"<uBr  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Z9 ws{8@_  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ]O:8o<0  
    DIQ30(MS  
    摘要 1=IOio4U  
     |iBf6smF  
    L7rr/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。 fuA] y4A  
    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。 (&Q!5{$W  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     jmq^98jB  
    -wC}JVVcK  
    1. 建模任务 'J &R=MD  
     R#~l[S8u^  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ojBdUG\  
    >T [Y>]  
    oO?+2pTQV  
    2. 方法 @]~.-(IMh  
     6%6dzZ  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ,R-k]^O  
    `g1?Q4h  
     dgX%NKv1  
    L6nsVL&  
    Ucy=I$"  
    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。 )_! a:  
    cL4Go,)w  
    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。 :/][ n9J^  
     >ZPu$=[W  
    vYXhWqL~  
    /O.q4p  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 [vb#W!M&|  
    3*%+NQIj  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 T^7}Qs9  
    4NaT@68p  
    1) 评估最大模式阶数 u|$HA>F[  
    SFuSM/Pf  
    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： FPK=Tr:b  
    & }j;SK5  
    J7{D6@yLS  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 CHqi5Z/+  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 4PS|  
    Wy6a4oY  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 '*`n"cC:  
     #huh!Mn  
    \+U;$.)3  
    9&^5!R8  
    IpzU=+h  
    2）设置多模高斯光源 :f7!?^;y>  
    \A\?7#9\  
     y[jp)&N`  
    "X?Zw$gRud  
    "Zn nb*pOM  
    3) 设置优化函数 ON!Fk:-  
    G){+.X4g3  
    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<=!*#q;o  
    h'G  
    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。 #H~$^L   
     yF|yZ{  
    p_n$}z  
    h 1 "#  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 HXdo:#xEO  
    ^zqQ8{oV  
    L5d YTLY  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ~LF M,@  
    M!gu`@@}F  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ?AxB0d9z  
    zJ1M$ U  
    a. 打开参数优化 9$[MM*r  
    9w&CHg7D i  
    W95q1f# 7  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 zU0JwZi  
    0%\fm W j  
    图2
    %t9Kc9u3p  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： a.O"I3{?h  
    ' MyJw*%b]  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） SZtSUt(ss  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 @sd{V  
     {~g7&+9x*  
    k{Y\YG%b  
    图3
    9~K>c  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 6oq^n s-  
    1UrkDz?X  
    图4
    wax^iL!  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 f::^zAV  
     ]5ibg"{S  
    图5 ^Nav8dma  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： B<@a&QBTg  
    Rdd9JJsVd  
    图6
    T{#=A$vu  
    4.总结 `-W4/7  
    :G^4/A_  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {JKG-0)z?  
    .OW5R*  
    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。 oc-o>H  
    K6~')9 Q  
    QQ：2987619807     Xpkj44cd@  
     
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