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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） ! Ea!"}  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ;2`6eyr  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 +39uKOrZ  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 mL`8COA  
    K\U`gTGc  
    摘要 i]k)wr(  
     *,lDo9  
    *m<[ sS  
    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。 =oL:|$Pj  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 E#(e2Z=  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     \z!lw  
    TA*}p=?6?!  
    1. 建模任务 Sj(>G;  
     MW rhVn{R  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ |U{~t<BF#  
    TU~y;:OJ  
    N^oP,^+U  
    2. 方法 zi6J|u  
     ^lV}![do!  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Kj @<$ChZw  
    \^dse  
     }a5TY("d9H  
    ^z)De+,!4  
    ` wEX;  
    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。 |wuTw|  
    #?S"y:  
    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。 lF/ Xs  
     z3S"1L7  
    t.;._'  
    M]{~T7n-  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 F6yFKNK!n  
    7_s+7x =  
    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。 >@ 8'C"F  
    Q}B]b-c+E  
    1) 评估最大模式阶数 8h=m()Eu  
    hizM}d-"C  
    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： Iga +8k  
    56s%Qlgx  
    RA<ky*^dr  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 RDDA^U7y#  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 oA-,>:}g{  
    +?"F=.SZ  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 M}11 tUl  
     *> nOL  
    bv]SR_Tiq  
    Ar >JQ@0  
    #b428-  
    2）设置多模高斯光源 <CO_JWD  
    Z9M$*Zp  
     |33t5}we  
    L{jx'[C  
    d]sqj\Q57  
    3) 设置优化函数 .gC.T`/m  
    9Xg7=(#  
    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)。 rM= :{   
    MCibYv c[  
    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。 $<)]~* *K  
     -|}?+W  
    7$%G3Q|)L  
    "!vY{9,  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 +=9iq3<yfS  
    Co(N8>1  
    cFq<x=S  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） F!hjtIkPj  
    }Em{?Hqy  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ?'f  
    R$l- 7YSt  
    a. 打开参数优化 9b=0 4aWHm  
    \`~YW<D  
    D['J4B  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 HEFgEYlO  
    n;:.UGl9.  
    图2
    )_C>hWvo_  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： SN{A@dyt  
    cOdRb=?9  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） uZL,%pF3A  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 s|XWw<Sa  
     sdO8;v>  
    <S7SH-{_\  
    图3
    C@ q#s  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Hl%Og$q3  
    pm=O.)g4`  
    图4
    qgl-,3GY%N  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 iP9]b&  
    BQWg L  
    图5 | WJ]7C  
    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： 55.2UN  
    N}VoO0I  
    图6
    x*F- d2D  
    4.总结 46)[F0,$r  
    -6-rX D  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ) q'D9x9  
    nHbi{,3  
    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。 wxK71OH  
    %Bm{ctf#)  
    QQ：2987619807     +-;v+{  
     
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