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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    科学家
     
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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） zneK)C8&q3  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 k,b(MAiQ0  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 UGr7,+N&w  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 "S)4Cjk  
    /1Rm^s)2z  
    摘要 y]M/oH  
     q4(&.Al\@  
    a<c %Xy/  
    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。 vZ$uD,@;.  
    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。 USe"1(|E  
    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。     Y@RPQPmIQ  
    D='/-3f!F]  
    1. 建模任务 RH>b,  
     c9i CH~  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ r~TiJ?8I  
    lHz:Iibt  
    Lj({ T'f(  
    2. 方法 4d9i AN  
     Qn<J@%  
    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：  {EZ ;  
    t'0r4&\  
     Yq<D(F#qx  
    Cl4y9|  
    QTK \"  
    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。 yq\)8Fe  
    g#5g0UP)V  
    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。 NfS0yQPx  
     f{WJM>$:  
    &RpQ2*4n  
    mMu3B2nke=  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Xp._B4g  
    #y}@FG  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 O)&xT2'J  
    eJ$?T7aUf  
    1) 评估最大模式阶数 D@5&xd_@4  
    ~>xn9vb=  
    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： rm(<?w%'?  
    ?i)-K?4Sb  
    NZ9`8&93  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 2%1 g%  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 S1E2E3  
    W[j =!o  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 dg/7?gV  
     %w6> 3#e  
    !bT0kP$3}  
    6DR@$fpt  
    H*EQ%BLW^,  
    2）设置多模高斯光源 t<}'/ )  
    VH+^G)^)W  
     Nr3td`;  
    0!_D M^3  
    ^*%p]r  
    3) 设置优化函数 w&`gx6?-na  
    -(Taj[;[  
    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)。 $//18+T  
    bq<QUw=]q&  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 I?s)^'  
     /Eh\07p  
    BAdHGwomh  
    y%}Po)X]f  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 k;;?3)!  
    wToz{!n  
    _6^vxlF  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） dGP*bMCT  
    =u${2=  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 QVn!60[lj  
    /M v\~vg$1  
    a. 打开参数优化 m$pXe<  
    T!(I\wz;Bo  
    /=,^fCCN  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 9SC#N 5V  
    @ g~kp  
    图2
    G/2@ Mn-  
    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： P}DrUND  
    Uu>YE0/)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） !ny; YV  
    -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。 $-M1<?5  
     XuoI19V[  
    kh^AH6{2  
    图3
    6(D K\58  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 s2b!Nib  
    }@SZ!-t%rD  
    图4
    @bfaAh~   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 \ $X3n\  
    A{y3yH`#h  
    图5 X OJ/$y  
    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： F@"X d9q?  
    H,:Cg:E/^  
    图6
    z})H$]:$  
    4.总结 y !47!Dn  
    R 4E0avt  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 j05ahquI  
     ZMg%/C  
    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。 J);1Tpm  
    L4 x  
    QQ：2987619807     j=PQoEtU'<  
     
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