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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） F)/~p&H  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 M'umoZmW0  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 lk_s!<ni  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 |^Ew<  
    ,@Fgr(?'`>  
    摘要 E kBae=  
     `RL,ZoYuu  
    ~v2V`lxh  
    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。 ?ds f@\  
    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。 g\o{}Q%X  
    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。     ls"b#eFC#  
    q%-&[%l  
    1. 建模任务 Z 7s;F}=  
     l:Dn3Q  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ fJLf7+q  
    Fn86E dFM  
    Hz}+SAZ  
    2. 方法 I9}+(6  
     T-9k<,>?  
    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： ^:4L6  
    ORowx,(hX  
     $%g\YdC  
    :be:-b%K  
    3ppuQ Q  
    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。 &/](HLdF  
    $gVLk.  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 \!^i;1h0c3  
     g4N%PV8  
    Ia=_78MgZ  
    ?"{QK:`  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 },DyU  
    \F 3C=M@:  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 w`L~#yu  
    QXdaMc+Ck  
    1) 评估最大模式阶数 Dd| "iA  
    dh&W;zs  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： TdQ ]G2  
    Rl_.;?v"!  
    3az$:[Und}  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 i"L }!5  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 xC-BqVJ%_T  
    }>V/H]B  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 E{uf\Fc   
     5k69F   
    kg<P t >  
    (lb6]MtTHY  
    !:(C"}5wM  
    2）设置多模高斯光源 QhsMd- v  
    7p^@;@V  
     |GtY*|  
    'WK;$XQ  
    %yp5DD}|  
    3) 设置优化函数 tp Xa*6  
    )ZGYhE  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 D!oZ?dGCo6  
    dFQ o  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 - %|P  
     aD2*.ln><  
    Yp*,Jp1  
    {>@QJlE0  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 M;*$gV<x  
    5C/2b.-[  
    pprejUR  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） =p]mX )I_  
    S?L#N  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 BDy5J2<<7l  
    t05_Px!mW  
    a. 打开参数优化 SB TPTb  
    F;u7A]H^  
     1Ao6y.S  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ,9mgYp2  
    `mzb(b E  
    图2
    4qt+uNe!  
    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： 9RQU?  
    U/Wrh($ #4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） eIg+PuQD]  
    -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。 OUzR@$  
     bpW!iY/q3  
    0x@A~!MoP  
    图3
    Q&xjF@I  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Pt)S;6j   
    (YwalfG {C  
    图4
    {) xWD%  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 03EV%Vc  
    /v|Onq1Y4  
    图5 :?=Q39O9  
    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： f2yq8/J8.  
    yHNuU)Ft  
    图6
    #{$1z;i?f  
    4.总结 := <0=JE#  
    p&^J=_O  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 l$a?A[M$  
    D9BQID$R  
    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。 zBY~lNB  
    6YmP[%  
    QQ：2987619807     )JhT1j Qc  
     
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