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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） uLXMEx<^  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 !\w@b`Iv8  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 s<,[xkMB  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 OhMnG@@  
    7(c7-  
    摘要 W(U:D?e  
     ?IRp3H  
    2k}~"!e1  
    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。  l%XuYYQ  
    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。 t Dn{;ED<  
    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。     *9.4AW~]X  
    V ':?rEN|  
    1. 建模任务 vt)u`/u  
     Zn{,j0;  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 0\XG;KA  
    bV c"'RQ  
     _0^f  
    2. 方法 eT 8(O36%  
     ~nO]R   
    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： 1N8gH&oF  
    }>~';l  
     vzDoF0Ts*p  
    aVTTpMY  
    2P)*Y5`KBH  
    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。 XIQfgrGZ  
    Si=zxy T  
    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。 0'&N?rS  
     n:QFwwQ`Q;  
    ]6JI((  
    'u"r^o?  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 es]S]}JV  
    ErZYPl  
    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。 ,au-g)IFZ  
    .A 12Co  
    1) 评估最大模式阶数 YT:])[gVV  
    xF|P6GXg  
    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： G.Z4h/1<  
    2|a@,TW}-  
    |S0]qt?  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ~+ _|J"\  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Iu(j"b#  
    r(qAe{  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 VL6_in(  
     1 /@lZ  
    )1de<# qM  
    B_Qi  
    N0U6N< w  
    2）设置多模高斯光源 p\xi5z  
    P|M#S9^]  
     &dA{<.  
    x.gRTR`7(  
    *c"tW8uR  
    3) 设置优化函数 ]*fiLYe9  
    #s"|8#  
    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)。 Y"eR&d  
    ?r< F/$/  
    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。 ~Ey)9phZK  
     gZ{q85C.>  
    a+wc"RQ |  
    fK-tvP0}*  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 R.ZC|bPiD  
    =lyP &u  
    {~cG'S Y%  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） p~X=<JM  
    ^5BLuN6  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 %M? A>7b  
    xw1@&QwM  
    a. 打开参数优化 [):&R1U  
    |[%CFm}+?  
    SM3qPlsF  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 X{8/]'(  
    UXU!sd  
    图2
     D I` M  
    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： NhP&sQO  
    ,ypD0Q   
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） $x%3^{G  
    -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。 a?^xEye  
     x{=@~c%eh  
    u+U '|6)E  
    图3
    hSBR9g  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 y7&8P8R  
    &DUt`Dr w  
    图4
    ux8:   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 PxqRb  
    ;c>Co:W  
    图5 IUK !b2!`  
    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： N.j?:  
    fi/[(RBG  
    图6
    47(/K2  
    4.总结 sE,Q:@H5  
    }Y{aVn&C  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 \QpH~&QIS  
    .1O  
    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。 vocXk_  
    >icL,n"]  
    QQ：2987619807     a.oZ}R7'Y  
     
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