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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） t>]W+Lx#  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ?Ho$fGz  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 <;i&-,  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 {$N\@q@v~  
    qbnlD\  
    摘要 'q9Ejig  
     j 1'H|4  
    kk126?V]_  
    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。 lU|ltnU  
    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。 rREev  
    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。     ,=!s;+lu{  
    F4(;O7j9  
    1. 建模任务 BCExhp  
     )FB<gCh7X  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ PvUY Q>Kw  
    R7Tl 1!,h  
    xG~-.  
    2. 方法 tc;$7F ;  
     ed,+Slg  
    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： q&ed4{H<  
    k'$7RjCu  
     "~C \Z} ;  
    a[^dK-  
    ?{Xp'D\z  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 unL1/JY z  
    \i~5H]?d  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 9LQy 0Gx  
     gKU*@`6G  
    g 'L$m|  
    #tPy0Q H  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 'iYaA-9j  
    K6<1&  
    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。 r'}#usB(  
    kGq<Zmy|  
    1) 评估最大模式阶数 Fo"' [`  
    fZd~},X  
    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：  4z|Yfvq  
    cNN_KA  
    ]:^kw$  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Sdmynuv U  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 `.6Jgfu  
    BJ/#V)  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ;`bJgSCfo  
     a7NX~9 g  
    nfvs"B;  
    \v_t: "  
    ~?A,GalS  
    2）设置多模高斯光源 = &aD!nTx  
    Y@%6*uTLa  
     xcIZ'V  
    :kI x?cc  
    UE\@7  
    3) 设置优化函数 &4MVk3SLx#  
    48%a${Nvvj  
    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)。 ]O&A:Us  
    -p !KsU  
    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。 p|%Y\!  
     >Q\H1|?  
    a( {`<F  
    cfe[6N  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 FkE CY  
    f<'&_*7,|t  
    zsRN\U  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） uJp}9B60_  
    <F.Ol/'h  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 v:T` D  
    kAk,:a;P  
    a. 打开参数优化 lB\j>.c  
    A8eli=W  
    E[Io8|QA  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 1aMBCh<}JN  
    yZ)ScB^  
    图2
    RBgkC+2  
    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： 01q7n`o#zf  
    J2[QHr&tn  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） +[ }]a3)  
    -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。 .y2<2eW  
     Z/RUrYeb  
    R +JI ?/H  
    图3
    17Gdu[E  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 YL=k&Q G  
    /tv;W  
    图4
    hA\8&pI;  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 $-AvH( @  
    n0i&P9@B1  
    图5 qiF~I0_0  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： h5l Lb+  
    G =4y!y  
    图6
    A0X0t  
    4.总结 E;d 5$  
    eB@i)w?@o  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 V= *J9~K  
    O`0$pn  
    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。 7VXeu+-P  
    A7RX2  
    QQ：2987619807     G-(c+6Mn  
     
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