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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） IOhJL'r  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 n@[_lNa4GD  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ]Dec/Nnj  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 W|'7)ph  
    /N'0@ q  
    摘要 _UI*W&*  
     & 6 wD  
    ]ie38tX$  
    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。 ",O |uL  
    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。 ut j7"{'k|  
    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。     _@2}zT  
    # 0kVhx7%  
    1. 建模任务 EdcbWf7  
     /o L& <e  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 8L1 vt Yz  
    F \0>/  
    B! +rO~  
    2. 方法 !B|Aq- n,  
     >f$N G  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： fVJlA  
    LY:%k|L9  
     ;z2\ Q$  
    Y=83r]%  
    = y @*vl   
    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。 Eqizx~eqq  
    kx{LY`pY  
    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。 #ME!G/  
     = -bGH   
    $|"Y|3&X  
    d?ru8  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ml,FBBGq|-  
    $Z|HFV{  
    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。 /aTW X  
    Q HU|aC{r  
    1) 评估最大模式阶数 U1ZKJ<pv  
    I|n? 32F  
    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： <?Ln`,Duk  
    8NnGN(a*D  
    ~%chF/H  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 yE&WGpT  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 %8O1sF  
    _sqj~|K  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 }]#&U/z  
     !MXn&&e1  
    6b2Z}B  
    `' .;U=mF  
    'GI| t  
    2）设置多模高斯光源 o;TS69|D  
    _lG|t6y  
     ~] &yHzp2  
    a`e'HQ  
    I1 pnF61U  
    3) 设置优化函数 K/iFB  
    Rtu"#XcBw+  
    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)。 $fCKK&Wy  
    O=[Q >\p  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 KS'n$  
     ?:tk8Kgf  
    G! Y l0Zr  
    O llS  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 hpc&s  
    r.q*S4IS.m  
    q4ttmL8  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） F;bkV}^  
    (_%l[:o6  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ^Gi7th,  
    EQWRfx?d  
    a. 打开参数优化 5e3p9K`5  
    S{m:Iij[;  
    g`z;:ao  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 .mHVJ5^:4\  
    Ze!/b|`xI  
    图2
    Mkh/+f4  
    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： hg %iv%1B'  
    Q45gC28x  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ]=o1to-  
    -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。 ;Fo7 -kK  
     **$kW bS  
    <0VC`+p<)  
    图3
    /mA\)TL|]  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 /Xq|S O  
    `_f&T}]  
    图4
     aGOS 9  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 L@'2}7N1%  
    q*Oj5;  
    图5 |}2/:f#Iz*  
    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： Y<IuwS  
    g:O/~L0Xb  
    图6
    {Q>4zepN!  
    4.总结 o|u4C{j  
    &zd@cr1  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ^W(ue]j}o  
    LF `]=.Q  
    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。 <ne?;P1L  
    ,SPgop'  
    *s#6e}  
    QQ：2987619807     3ZC@q #R A  
     
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