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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    离线infotek
    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） N10'./c K  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 +&tY&dQQB  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 +DM+@F  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 RMDs~  
    ;u,%an<(  
    摘要 BnqAv xX  
     US'X9=b_  
    $Ha?:jSc  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 +Bv{A3E9  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 Es zwg  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     &qFdP'E;$  
    "*#$$e53A  
    1. 建模任务 x2/|i? ZO  
     3j0/&ON  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Mq42^m:qe  
    wCeSs=[  
    *D F5sY  
    2. 方法 N2;T\xx,  
     :D-d`OyjG>  
    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： B+ GPTQSTb  
    IoJkM-^H&)  
     p{!aRB%  
    u~Q0V J~  
    KwWqsuju  
    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。 G-Z_pGer^  
    A2Rr*e  
    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。 X.,SXNS+B  
     d#I'9O0&  
    17H_>a\`  
    tHXt*tzq  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 H]"Z_n_  
    .Q?cNSWU  
    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。 Mc~(S$FU$  
    +KDB^{  
    1) 评估最大模式阶数 DkA cT[  
    f`p`c*  
    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： f&H):.  
    >AV-i$4eQ@  
    :74^?  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 '\l(.N  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 9Q^>.^~^  
    '%V ;oJ"  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 s41<e"  
     `HgT5}  
    '7 6}6G%  
    {08UBnR  
    B~lrd#qC  
    2）设置多模高斯光源 Bca\grA  
    .gv J;A7  
     :bW}*0b-  
    jbn{5af  
    P00d#6hPJ  
    3) 设置优化函数 (# eB %  
    . CLiv  
    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)。 0DIaXdOdW+  
    +~  :1H.  
    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。 45edyQ  
     C z4"[C`;  
    $oH?oD1  
    u\ytiGO*  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ! 0fpD'f!n  
    q3VE\&*^F  
    -/B}XN W  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） jkFS=eonK  
    tKo ^A:M  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 I(s\ Q[  
    z~A||@4'  
    a. 打开参数优化 I`t"Na2i  
    :'f#0ox  
    ;q6: *H/  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (JocnM|U  
    4M6o+WV  
    图2
    uz&CUvos  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： )j4]Y dJ  
    p` B48TW  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） y!1%Kqx1,n  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 9|D!&=8   
     p;"pTGoW i  
    Ii,e=RG>  
    图3
    H"WkyvqXb  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 iPa!pg4m  
    Z$k4T$,[-  
    图4
    gJ+MoAM"  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Ii?<Lz  
    $iEM$  
    图5 Vu*yEF}  
    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： ot;j6eAH~E  
    .D-}2<z  
    图6
    xA`Q4"[I  
    4.总结 =mn)].Wg  
    b DeHU$  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 zKx?cEpE  
    U!XC-RA3 _  
    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*N~r['dZ  
    q^JJ5{36e  
    QQ：2987619807     "e69aAA,  
     
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