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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） .v;$sst5y  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ~?i;~S  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 o}H7;v8H  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 R{Q*"sf  
    `t_S uZ`V  
    摘要 u:#+R_0#97  
     1sp>UBG  
    SXkUtY$  
    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。 W FVx7  
    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。 , 6 P:S7  
    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。     :L gFd  
    .y'iF>QQ\  
    1. 建模任务 'L|& qy@  
     T(t@[U2^  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ s%F}4W2s  
    OI0#@_L&  
    vf6_oX<Os  
    2. 方法 l_bvwo  
     V|GH4DT=  
    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： 9}p>='  
    n,D~ whZx  
     faQ}J%a  
    j\l9|vpp  
    V5w00s5?%  
    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。  PI_MSiYQ  
    7PQ03dtfg  
    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。 R gY-fc0  
     gB/4ro8  
    /@Qg'Q#  
    4qMqA T  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 al>^}:  
    uY jE)"  
    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。 DM {r<?V  
    m(MPVY<X  
    1) 评估最大模式阶数 _BGw)Z 6  
    Co[fq3iX#  
    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： *Ju$A  
    O.61-rp  
    Gx Z'"x  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ' >a(|  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 o!:V=F  
    X(s HFVU+  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 wdS4iQD  
     /5cFa  
    _,*ld#'s  
    Ik[aiz  
    *sNZ.Y:.  
    2）设置多模高斯光源 cp D=9k!*K  
    D7q%rO|F'  
     1, 5"sQ$  
    _dQVundH  
    f#4,2Xf  
    3) 设置优化函数 ,H6*9!Dv2  
    F3BWi[Xh  
    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)。 h SGI  
    Bw5zh1ALC;  
    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。  pkWJb!  
     dnRS$$9#  
    z1wJ-l  
    B[XVTok  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 &T7|f!y  
    !~X[qT  
    tE&@U$0>o  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） P-B3<~*i!  
    21(8/F ~{  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Po+I!TL'  
    LOm*=MVex  
    a. 打开参数优化 y"N7r1Pf  
    )=,%iL -  
    2hZ>bg  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Ql~9a [8T~  
    =E{e|(1+u  
    图2
    |%wgux`z  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 3O{*~D&n  
    sZ~q|}D-  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） jC<1bf$K  
    -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。 lr >:S  
     wUU Dq?!k\  
    :.;p Rz  
    图3
    (_:k s  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 jg2 UX   
    CcF$?07 i  
    图4
    &b!L$@6  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6??o(ziK$  
    PvmmyF  
    图5 T{9pNf-  
    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?R)9E$h  
    cJ CKxj  
    图6
    w$ zX.;s  
    4.总结 h6Femis  
    977%9z<h  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 , `4chD  
    oJ r&9.S  
    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。 to}g4  
    r>!$eqX_  
    QQ：2987619807     />wM#)o2  
     
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