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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） lMkDLobos  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ^gw htnI  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 /<[S> ;!kr  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 _#[~?g`  
    ed3d 6/%HR  
    摘要 %v}SJEXF p  
     5>9KW7^L  
    5ggmS<=  
    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。 lT.Q)(  
    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。 "i jpqI  
    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。     v[$-)vs*ag  
    m7<HK,d  
    1. 建模任务 ?yAp&Ad  
     So?.V4aD_  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ (pBPf  
    XKp$v']u  
    $'Pn(eZHGv  
    2. 方法 ^b{-y  
     fPXMp%T!  
    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： g/*x;d=  
    b5!\"v4c  
     hKkUsY=R  
    c}XuzgSY  
    D.7,xgH  
    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。 {?2jvv  
    K &L9Ue  
    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。 VSm[80iR0  
     GUX! kj  
    )gX7qQ  
    @B.;V=8wJ  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 tKr.{#)  
    A%Ov.~&\G  
    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。 }Iyr u3M][  
    t1LIZ5JY  
    1) 评估最大模式阶数 3o).8b_3g  
    ioIOyj  
    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： M<Gr~RKmAn  
    b*;zdGX.A9  
    %:jVx  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 _'eG   
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1  {J aulg  
    I JPpF`  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 iCz0T,  
     <V> [H7  
    O~p@87aq  
    #F>7@N:5  
    C(=$0FIR  
    2）设置多模高斯光源 ]'L#'"@  
    8|-j]   
     XwZ~pY ~  
    \IL;}D{  
    6[b?ckvi  
    3) 设置优化函数 t^8 ii  
    Mz?xvP?z  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 96V@+I  
    z XI [f  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 >M}\_c=  
     T9s$IS,  
    sl5y1W/]]  
    FJ/>=2^B  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 PZT]H?  
    *\-R&8  
    ZsgJ6 Y  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） nZ4JI+Q)~  
    \(4"kY_=  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 .Lwp`{F/  
    Qkk3>{I  
    a. 打开参数优化 :Dh\  
    ^)JUl!5j]C  
    gY\g+df-  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式  0 |/:m  
    Q140b;Z  
    图2
    ]JQ+*ZYUE  
    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： YmBo/IM  
    A?YU:f  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） .=~-sj@k  
    -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。 gs xT  
     rE&` G[(b  
    QU#u5sX A  
    图3
    f1Z  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 P!6 v0ezN  
    '7Ad:em  
    图4
    {6y@;Fd  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 31y>/*}  
    jfLkp>2E'  
    图5 +qWrm |O]  
    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： bOB<m4  
    a/ 4!zT   
    图6
    QbN7sg~~  
    4.总结 lmsO 6=I4F  
    ?(t{VdZSzQ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 \! *3bR  
    ?k|}\l[X1  
    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。 7EfLd+  
    jD<fu  
    QQ：2987619807     F6L}n-p5  
     
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