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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） [k}dES#  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 / N*HE  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 #.RG1-L  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 @5JLjCN  
    $&c<T4$d  
    摘要 $a)J CErN  
     {EZFx,@t  
    h,Y{t?Of  
    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{HsX  
    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。 7Q<Kha  
    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。     #%9oQ6nO  
    &T5f H!?4  
    1. 建模任务 )<m=YI ;<  
     jcT{ugpq  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ M^!C?(Hx^x  
    9 kTD}" %2  
    ski1f  
    2. 方法 !- Cs?  
     $4#=#aKW.  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： mdmZ1:PBM  
    Ac*B[ywA3  
     wliGds  
    q!u lE{ ^  
    U4 go8  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ^!-E`<jW8  
    VPq5xSc?  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Rh05W_?Js  
     n0>5'm%ES  
    %B*<BgJ;4F  
    ZQgxrZx3  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 QSl:=Q'  
    24.7S LXO  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 `2Z4#$.  
    fF9;lWt  
    1) 评估最大模式阶数 kHz+ ZY<?  
    c1Fru  
    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： *_<SWTE  
    >Rz#g*@E  
    Wfi:wCqZG  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 E#&c]9QM75  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 _7t|0aNo\  
    '>S8t/  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Q KDb  
     TA-(_jm  
    cN[ q)ts  
    r7wx?{~ 28  
    `gBXeG2fn  
    2）设置多模高斯光源 %Hl:nT2M  
    D!OG307P  
     Aspj*CDu  
    &zg$H,@Qp  
    m,"cbJ /  
    3) 设置优化函数 0qotC6l~_w  
    v"Ud mv"  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 yC&b-y  
    p8}5x 2F  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ]w&?k:y>  
     <(6-9(zHa  
    ??esB&4?  
    jmZ|b6  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 {TcbCjyw  
    {XVf|zM,  
    D^T7pO  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Pvb+   
    eA~_)-Z-  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 d q+7K  
    :n%sU* 'T  
    a. 打开参数优化 n<Xm%KH.  
    y>pq*i  
    :b3l J-dB  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 }IalgQ(i  
    51FK~ 5  
    图2
    QVZ6;/  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ^F{)&#4  
    59%f|.Z)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） KWuj_.;  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 TckR_0LNV  
     ?T%K +  
    ;^H+ |&$>  
    图3
    |Bf:pG!  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 3<.j`JB@&  
    +ouy]b0`t  
    图4
    M0"g/W  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 7`'fUhB!  
    *"9)a6T t+  
    图5 : QhEu%e  
    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： Xta>  
    HDae_.  
    图6
    77bZ  
    4.总结 /j5- "<;.  
    vS,G<V3B  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Q17o5##x7  
    1 0Tg > H  
    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。 i!+3uHWu`)  
    X-) ]lAP  
    QQ：2987619807     0tm "kzy  
     
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