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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） )P?Fni}  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 \!30t1EZ  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 e$P^},0/  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 4M>pHz4  
    (9ZW^flY  
    摘要 R9^vAS4t[O  
     7w" !"W#  
    ;?@Rq"*  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 ;dMr2y`6  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 O`1!&XT{x  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     R.2i%cU  
    YpXd5;'  
    1. 建模任务 0^Vw^]w  
     5+!yXkE^e  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ !vRN'/(Vyu  
    7Hv 6>z#m  
    lK7:qo  
    2. 方法 xzOvc<u  
     _Dqi#0#40p  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： %'h:G Bkd  
    W( sit;O  
     H)E,([   
    F.x7/;  
    ;<[!;8  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 XUh&an$  
    H7P}=YW".  
    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。 <dE~z]P  
     S LeA,T  
    m <z?6VC  
    H1%o)'Kut4  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 qi7*Jjk>90  
    rA8NE>  
    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。 T"3LO[j+  
    w5)KWeGa  
    1) 评估最大模式阶数 @ N'P?i  
    ib 'l:GM  
    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： ) ?kbHm  
    /6[vF)&  
    2?Ryk`2i)  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ".Q]FE@>  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 S{bp'9]$y  
    *^7^g!=z2  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 }id)~h_@  
     i !sVQ(:  
    F?MVQ!K*  
    ? eI)m  
    u81F^72U  
    2）设置多模高斯光源 y]obO|AH  
    (QqeMG,Y  
     G.iQ\'1_h  
    []N&,2O  
    psx_gv,  
    3) 设置优化函数 Z ]ZUK  
    h82y9($cZ  
    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)。 #')] ~Xa  
    ;sf'"UnL  
    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。 !=;Evf  
     u 1}dHMoX~  
    Ktzn)7-  
    %jq R^F:J  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ho~WD'i  
    X=6L-^ o)  
    jL5O{R[ x:  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） I|Hcs.uW  
    C'l\4ij)7  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 0L"uU3  
    gGA5xkA  
    a. 打开参数优化 ;YQ6X>  
    wV$V X  
    23p.g5hJi  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Gb Mu;CA  
    XM?c*,=fu  
    图2
    em^2\*sxpA  
    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： s%> u[-9U  
    U'5p;j)_  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） .g}Y! l  
    -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。 j `3IizN2  
     I|>IV  
    ?&1%&?cg9  
    图3
    aG@GJ@w  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 WwSyw?T  
    G~*R6x2g  
    图4
    436SIh  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Pj8Vl)8~NV  
    5HvYy *B/  
    图5 {EU]\Mp0j  
    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： x5U;i  
    +'` ^ N  
    图6
    T~}g{q,tR  
    4.总结 Dn~t_n  
    H0.&~!,*  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 J(XK%e[8  
    mn{R>  
    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。 G jrN1+9=  
    _J3\e%ys  
    QQ：2987619807     ;Oqbfl#%  
     
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