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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） J6"GHbsO  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 k4E9=y?  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 5fYWuc9}z  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 g yhy0  
    =K}T; c  
    摘要 q03+FLEfC  
     q?@*  
    >y(loMl  
    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。 IM5[O}aq  
    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。 i ^2A:6}?  
    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。     Wh~,?}laj  
    &0fV;%N  
    1. 建模任务 XODp[+xEEt  
     S4-jFD)U  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ H4j1yD(d  
    *'\HG  
    ZX8@/8sv  
    2. 方法 ]lqZ9rO  
     rBy0hGx  
    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： 8Op^6rX4  
    xtKU;+#  
     %d%?\jVb  
    %~8f0B|im  
    ]yL+lv  
    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。 l-S0Gn/'X  
    [-\U)>MY(p  
    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。 ,np|KoG|M  
      :8==Bu  
    USHQwn)%  
    \sfc!5G  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 dQ9W40g1  
    H)EL0 Kv/  
    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。 LZ.Xcy  
    u3E =r  
    1) 评估最大模式阶数 `%"x'B`mM  
    ,v#n\LD`  
    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： V{w &RJ  
    c2fSpvz  
    K2e *AE*  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 7YK6e  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 kM&-t&7  
    9yWf*s<  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 N:'!0|6?x-  
     FQ`1c[M@  
    )N607 Fa-  
    PHY!yc-LjV  
    @)vQ>R\k<  
    2）设置多模高斯光源 NGkxg:  
    AXSip  
     w-xigm>{Z  
    f?ibyoXL  
    2N]8@a  
    3) 设置优化函数 :N"&o(^  
    3}&3{kt  
    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)。 2FV@ ?x0po  
    m<kJH<!j  
    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。 hvNK"^\p  
     u/-EVCHr y  
    BHYguS^qz  
    -!O8V  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 +zq"dj_  
    0Q?%B6g$m[  
    D!/ 4u0m  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） %#eQN ~  
    =Y6W Qf  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 T!>hPg  
    W[ W)q%[)  
    a. 打开参数优化 ~{5v a  
    @G=7A;-pv0  
    N5ZO pRH{  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 _z{9V7n4  
    #N >66!/V  
    图2
    <eS/-W %n6  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： (_>Su QK  
    F;h^o!W7r  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8>6<GdGL<n  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 gO "G/  
     VKX|0~  
    =>tkc/aa  
    图3
    "VSx?74q  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 5B2p_$W#  
    hfyU}`]  
    图4
    /2c(6h  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 W} H~ka  
    ~ss6yQ$  
    图5 Y,Rr[i"j  
    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： q/54=8*h0  
    (l-= /6-  
    图6
    TNA7(<"fV|  
    4.总结 3o?eUwI}  
    >dm9 YfQ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 eI2HTFyT  
    #{J~ km/  
    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。 nK?S2/o#A  
    $,U/,XA {E  
    QQ：2987619807     \R]2YY`EP  
     
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