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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） [mGLcg6Fw  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 QW(Mz Hg  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 }d}Ke_Q0  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 5S--'=fu+  
    ?oHpFlj  
    摘要 9c :cw  
     lv+TD!b   
    cq/$N  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 g~A`N=r;h  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 K}MK<2vU  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     @'!SN\?W8  
    I75DUJqy]  
    1. 建模任务 czRFMYE  
     76h ,]xi  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ u frL<]A  
    l#Y,R 0  
    U/l&tmIVY  
    2. 方法 D!-g&HBTC  
     X!dYdWw*m  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 8i#2d1O  
    p xa*'h"b^  
     XXn67sF/  
    *]/zc1Q4M  
    G^4hd i3@  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 GM f `A,>  
    MXNFlP  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 V7fq4O^:  
     DKJmTH]rUg  
    A1>OY^p3%  
    hAnPXiD  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 G.a bql  
    XXcl{1Kp!@  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ;LSANr&  
    dV$gB<iS  
    1) 评估最大模式阶数 ;dZZ;#k%  
    tm RXgTS  
    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： ARwD~ Tr  
    ex (.=X 1  
    3/e.38m|  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 cZU=o\  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 9oR@U W1  
    -23w2Qt  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 YdC6k?tzS  
     Mhf5bN|wQ  
    ]e>w }L(gV  
    D_^ nI:  
    A:N|\Mv2b  
    2）设置多模高斯光源 e95Lo+:f  
    Yz"#^j}Kg  
     {xB!EQ"  
    '+!1Y o'G  
    6J6BF%  
    3) 设置优化函数 (G4at2YLd  
    Z=Y& B>:[  
    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)。 YPK(be_|I  
    QP8Ei~  
    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。 j9 4=hJVKi  
     C>j@,G4  
    a /l)qB#  
    lN?qp'%H`  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 >j(_[z|v3  
    )j(7]uX`  
    a#y;dK  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 0g y/:T  
    D] jz A x  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 {V$|3m>:*  
    ukfQe }I  
    a. 打开参数优化 #Z`q+@@ ]A  
    ,+vy,<e&  
    ith 3 =`3  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 K'Tm_"[u  
    ](9Xvy  
    图2
    &5spTMw8  
    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： }{qZ[/JwqN  
    [.'|_l  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） QP^Cx=  
    -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。 3kIN~/<R+7  
     >:S?Mnv6  
    \y)rt )  
    图3
    '4Ixqb+  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 v/0QOp  
    %C'?@,7C  
    图4
    EC6DW=  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ]kG"ubHV?h  
    ^ft>@=K(|  
    图5 m!4ndO;0vh  
    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： }QcCS2)Ud  
    S)k*?dQ##R  
    图6
    {M$1N5Eh  
    4.总结 >CgTs  
    Lh"<XYY  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 /vde2.|  
     |`f$tj  
    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。 _ Yx]_Y9I  
    ?m=N]!n  
    +EAsW(F1  
    QQ：2987619807     k\YG^I  
     
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