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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） R<_?W#$j  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 tBseqS3<  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 cw;co@!$  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 `<^*jB@P  
    Z,WubX<  
    摘要 QY@u}&m%o  
     &<Mt=(qY1  
    nq' M?c#E  
    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。 xO7Yt l  
    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。 -#aZF2z   
    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。     0Uw ^FcW  
    1Bg_FPu  
    1. 建模任务 vU!8`x)  
     IIxJqGN:  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ /7gi/uh~-(  
    ?E<c[*F05  
    R:/ha(+  
    2. 方法 Vclr2]eV4O  
     3B{[%#vO  
    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： !\;:36B#6  
    ,=|4:F9  
     F$Q04Qw  
    ! _{d)J  
    0(gq; H5x'  
    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。 !v9lk9SV  
    =Vb~s+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。 z(me@P!D~  
     Uoj i@  
    6Y1J2n"  
    x=]S.XI  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ;W{b $k@g  
    ewnfeg1  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 d~@q%-`lA  
    r`6:Q&&  
    1) 评估最大模式阶数 g9KTn4  
    b,@aqu  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： #?Mj$ZB  
    eA=WGy@IcN  
    /0lC KU!=  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 )(m0cP{7  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 {.CMD9F[  
    -(#-I $z  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 oM,- VUr  
     pu4,0bw  
    WUEHB  
    `8:Kp  
    6/tI8H3E  
    2）设置多模高斯光源 ? \m3~6y  
    8W+5)m.tp  
     ?j{C*|yHO  
    mR+Jws'  
    {]kaJ{U>  
    3) 设置优化函数 R7?29?$7  
    OgCy4_a[f  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 =X(%Svnp  
    Z4hLdHo_  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 UE :HMn6  
     A\QJLWBv^$  
    (\,BxvhG=  
    PaO- J&<  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 \we\0@v  
    U BZ9A  
     L}%dCe  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） M\D]ml~  
    d]wD[]  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 "y;bsZBd"  
    a~ ]bD  
    a. 打开参数优化 1S:|3W  
    E D"!n-Hq  
    Ev9 >@~^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ^3]UZ@  
    q%/uQT?  
    图2
    4Ysb5m)u  
    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： u0o'K9.r  
    pyZ9OA!PD  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） =!b6FjsiG  
    -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。 G64Fx*`  
     v;EQ, NL  
    ?KE$r~dn  
    图3
    kkCZNQ~I  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 x/fX`y|(}*  
    ZKpvDH'  
    图4
    , YW|n:X  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ,!#ccv+Vm%  
    :aAEJ  
    图5 kv{}C)kt3  
    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： 1B=>_3_  
    FnFb[I@eu  
    图6
    TQ@d~GR  
    4.总结 /t%u"dP"T~  
    iw9Q18:I}  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ^jE8+h  
    M8&}j  
    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。 tY|8s]{2  
    GW^,g@%C  
    QQ：2987619807     DKL@wr}8  
     
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