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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） G9AQIU%ii  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 d+L!s7  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Ch0t'  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 !g2 ~|G  
    B 4RP~^  
    摘要 zy\R>4i'#Q  
     ,b'QL6>`  
    ]1dnp]r  
    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。 =;m;r!,K  
    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。 f}ES8 Hh[  
    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。     "bmWr)  
    S7kZpD $  
    1. 建模任务 %<rV~9:  
     UC*\3:>'n  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ aQ#6PO7.Z  
    =67tQx58  
    Jf3xK"in  
    2. 方法 ;vp[J&=  
     W</\F&  
    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： sA:k8aj  
    .?dYY;P  
     !K8V":1du#  
    u8N"i),  
    " LkI'>3}  
    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。 0~=>:^H'`q  
    <wj}y0(  
    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。 oeF0t'%  
     F&)(G\  
    <:!;79T\  
    /;V:<mekf  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ^hyp}WN  
    v7#`b}'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。 p#+Da\qmx  
    Cw,;>>Y_b<  
    1) 评估最大模式阶数 z8*{i]j  
    +H6cZ,  
    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： n"|1A..^  
    i564<1`x  
    <}n"gk1is  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 w)Wg 8  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ^M7pCetjdW  
    &!0%"4  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ~ "stI   
     i+4!nf{K  
    8%#pv}  
    g$9EI\a  
    c]>LL(R-7)  
    2）设置多模高斯光源 I*OJPFZ^4  
    6< @F  
     O0=}: HM  
    rlP?Uh  
    Lf0Wc'9{  
    3) 设置优化函数 m=Fk  
    DWmViuZmL  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 Tt+E?C%Y  
    #@8JYzMq%  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 jPA^SxM  
     Ers8J V  
    6o=Q;Mezl  
    O]%Vh l  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 3.E3}Jz`  
    l#^weXSlk  
    ^J?y mo$>0  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） JH`oa1 b  
    Z;[f,Oj  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 :WHbwu,L$  
    tVqc!][   
    a. 打开参数优化 tL}_kK_!  
    AroYDR,3+  
    .u\xA7X  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 -EIfuh  
    8}>s{u;W  
    图2
    D+('1E?  
    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： +p):   
    &T2qi'  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） (c|Ry[$|  
    -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。 %h "%G=:  
     (M nK \^Y  
    }/g1s71  
    图3
    _(0GAz%9  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 !lk9U^wnd  
    1YJ@9*l  
    图4
    q~G@S2=}0}  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 z\r29IRh  
    k.Q4oyei  
    图5 Bl*.N9*  
    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： Rb l4aB+   
    <nbc RO.  
    图6
    `~+[pY 1r  
    4.总结 f3"sKL4|  
    /Q\|u:oO,  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 sQgJ`+Y8_  
    H0?Vq8I?  
    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。 0p[-M`D  
    IfzZ\x .  
    =At)?A9[  
    QQ：2987619807     ^_!2-QY.~  
     
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