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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） jXf-+ ;ZQ  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 bX1ip2X lk  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 A )cb  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 (%Rs&/vU~  
    B?'ti{p A9  
    摘要 R?Qou!*]  
     Tw5BvB1  
    ;r']"JmF,  
    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。 v5o%y:~  
    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。 aXagiz\;  
    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。     |IvX7%*]~  
    edQ><lz  
    1. 建模任务 </QSMs  
     >smaR^m  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ zqkmsFH{  
    K]l) z* I  
    yS""*8/  
    2. 方法 j3>< J  
     y8@!2O4  
    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： ;D:v@I$I  
    )UJMmw\  
     5{> cfN\q  
    P}jr 8Z  
    5cU8GgN`  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 P$bo8*  
    :`K;0`C +  
    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。 ^BZdR<;  
     iu'yB  
    /<@tbZJ*8  
    .+<K-'&=  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 >/*\x g&J  
    VbjFQ@[l!  
    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。 ?:E;C<Ar  
    Syk^7l  
    1) 评估最大模式阶数 0Ju{6x(|  
    b%BwGS(z  
    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： ;g9+*$Gw  
    `xSXGI  
    O_ c K 4  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 "Xqj%\  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 @."R9s  
    R+\5hI@ >i  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 A{QS+fa/  
     R~i<*  
    \0$?r4A  
    9SPu 4i  
    {f)p|)  
    2）设置多模高斯光源 = U5)m  
    Dz?F,g_  
     TsQMwV_h  
    G>Q{[m$  
    n;U|7it7  
    3) 设置优化函数 6=   
    o|+tRl  
    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)。 wv<"W@& 9  
    mXr)lA  
    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。 yVL~SH|  
     AXyuXB  
    bke 1 F '  
    0ode&dB  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 d+(~{xK:  
    (w.B_9#  
    B 5?(gb"  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） r~sGot+sQA  
    \rpu=*gt  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 4l|Am3vzX  
    yoH6g?!O  
    a. 打开参数优化 [\!S-:  
    "x{S3v4Rb5  
    Bpgl U=Qr  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ~&pk</Dl  
    ]?kf;A@  
    图2
    Z'EZPuZ!'  
    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： xZkLN5I{  
    g$< @!  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） .(sT?M`\J  
    -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。 lY~xoHT;[  
     \^+sgg{  
    3y@'p(}Az  
    图3
    m,pDjf  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 eq"~by[Uq  
    4U((dx*m  
    图4
    x*YJ :t  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 d.{RZq2cp  
    (Yx rZ_F'b  
    图5 '{J!5x?L^  
    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： Sh"} c2  
    X 6>Pq  
    图6
    $, =n  
    4.总结 k -SUp8}g  
    MZ{)`7acR\  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 IlwY5iL  
    X1+Wb9P  
    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。 [P[syi#]t  
    ?J>^X-z  
    QQ：2987619807     Xdjxt?*  
     
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