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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） 'e>sHL  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 [Z#.]gb  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 s#4ew}  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 )L<?g !j~  
    O;0<^M/0G  
    摘要 4A/,X>W61  
     2^ bpH%  
    NhK(HTsvK  
    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。 3y=<w|4F  
    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。 Q^Z<RA(C  
    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。     [du>ff  
    >3`ctbe  
    1. 建模任务 te*Y]-&I|/  
     [Ht."VxR  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ sIRrEea  
    :.S41S   
    ]X: rby$  
    2. 方法 ZC5Yve8  
     0"^oTmQN  
    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： j t`p<gI  
    5Vqmv<F;$Z  
     vYSetAd v  
    (Cl`+ V  
    (>LHj]}K  
    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。 [B ~zoB(  
    A-7wkZ.H  
    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。 ,-7/]h,l  
     P\X=*  
    L_~I ~  
    pl#o!j(i  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 QK?2E   
    7c29Ua~[  
    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。 hdf8U  
    *)NR$9lGv  
    1) 评估最大模式阶数 XW~ BEa  
    zK>'tFU  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： XJJ[F|k~  
    l<aqiZSY  
    HhWwc#B  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Vgqvvq<S  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 XY!{g(  
    #U$YZ#B  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 /+4^.Q*  
     %%as>}.  
    2%5^Fi  
    KO-Zz&2f  
    [/AdeR  
    2）设置多模高斯光源 v#:+n+y\z  
    ~"JE![XR  
     Lz9$,Y[  
    )l!J$X+R  
    hB P$9GR  
    3) 设置优化函数 )4!CR/ao  
    ) ]/i  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 + 9\:$wMN  
    4T==A#Z  
    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。 +H[}T ]  
     s<Ex"+  
    FI?gT  
    >J^7}J  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 NIGB[2V(  
    V6@*\+:3)  
    yD3bl%uZ  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） YW?7*go'Z  
    <}28=d  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 j}rgO z.  
    0a2$P+p  
    a. 打开参数优化 _[}G(<  
    u8-a-k5<  
    io9y; S"+  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 }t@f |TX  
    lL:KaQ0E  
    图2
    )|U_Z"0H^  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 'DCKD4@C/  
    LyuSZa]  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） +=ZWau   
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 qs6Nb'JvQR  
     MB ]#%g&  
    !dfS|BA]  
    图3
    *F\T}k7  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 b$d J?%W  
    b4Ricm  
    图4
    Ci]'G>F@"  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 uSABh ^  
    iEiu%T>  
    图5 h]kn%?fpmB  
    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： 42b.7E  
    snXB`U C  
    图6
    `Mg8]H~  
    4.总结 Mam8\  
    p+orBw3  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7))y}N:p  
    vC)"*wYB{  
    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。 OZ(Dpx(Q  
    '8s>rH5[V  
    QQ：2987619807     :d;[DYFLxb  
     
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