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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） ZLZh$eZZ  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 z -c1,GOD  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 nw-%!}Ot"  
    许可证：CC-BY-SA 3.0  JfsvK2I  
    ]~:WGo=_  
    摘要  Al1}Ir   
     6_L<&RmLg  
    b_vKP  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 c6T[2Ig  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 az1#:Go  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     _Ie?{5$ng`  
    IhHKRb[  
    1. 建模任务 Yosfk\D  
     D>-srzw  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ f>iDq C4  
    pkf$%{"e  
    hTQ8y10a  
    2. 方法 nR=!S5>S  
     `\r <3?  
    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： J=J!)\m  
    GOsOFs"I  
     bA1O]:`  
    VGf&'nL@,  
    9tWpxrig%  
    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。 PJO.^OsM  
    =h70!) Z5  
    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。 |'``pq/}_  
     "/y SHB[  
    P(.XB`  
    ..R JHa6B  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 3Rhoul[S  
    n/{ pQ&B  
    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^~(ITaq  
    8,IQ6Or|-2  
    1) 评估最大模式阶数 Ob/i_  
    +K s3  
    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： cw,|,uXq 6  
    '0=mV"#H{  
    fR b  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 o:B?hr'\  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 6!HYx  
    K 6yD64  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 $Xh5N3  
     XmP,3KG2{S  
    ^u2x26].  
    RBfzti6  
    g~2=he\C  
    2）设置多模高斯光源 }G "EdhSl  
    W!"Oho'  
     <J>k%,:B  
    B@@tKn_CQ  
    (-],VB (+  
    3) 设置优化函数 ,vo]WIQ\:  
    v cUGBGX_&  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 53$;ZO3  
    +s6v!({Z  
    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。 uz I-1@`  
     \<hHZS  
    VN0KK 1 I  
    @} +k]c25  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 If]rg+|U  
    (Y*9 [hm  
    v$xurj:v#i  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） j"jQiL_*  
    LqXVi80  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 iUFG!,+d  
    xSm~V3b c  
    a. 打开参数优化 ArjRoXDE  
    a*t @k*d_  
    W56VA>ia  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 z7z9lDS  
    K%_UNivN  
    图2
    ;<GK{8  
    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： Q3Z?Z;2aR  
    yeMe2Zx  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） r,3\32[?  
    -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。 Vc6 >i|"-O  
     aI=Q_}8-  
    H!6+x*P0  
    图3
    U<r!G;^`  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 vRn]u57O  
    5wdKu,nq  
    图4
    Y DW^N] G  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 W9oWj7&h  
    s(ap~UCOw  
    图5 cL!A,+S[_  
    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： GIT"J}b}  
    $-|$4lrS  
    图6
    (74y2U6  
    4.总结 GY %$7   
    :>0,MO.^~K  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 e2BC2K0  
    x4MTE?hT  
    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。 /fLm )vN  
    Q1{9>NI  
    QQ：2987619807     $RB p!7  
     
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