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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） KzC`*U[  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 jFBnP,WQ  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 &<sN( ;%0R  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 &N! ;d E  
    b 64~Y|8  
    摘要 )cy_d!  
     7BhRt8FSD+  
    IuQY~!  
    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。 A[6$'IJ  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 Y "& c .  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     5'Fh_TXTD  
    ~\z\f} w  
    1. 建模任务 >@BvyZ)i  
     A,T3%TE  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ YbrsXp"  
    zF[>K4  
    f`j RLo*L  
    2. 方法  ? h$>7|  
     3wBc`vJ!  
    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： 3'WS6B+  
    H[{ch t h  
     J 8"Cw<=O  
    =y/VrF.bV  
    |'2E'?\/x  
    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。 Pxj ?W'|  
    *zy0,{bl  
    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。 @Ooh}V#J  
     j/R  
    zA![c l>$  
    Z;_WU  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 /EOtK|E  
    By 8C-jD  
    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。 uL!{xuN  
    :LL>C)(f  
    1) 评估最大模式阶数 ^6~CA  
    S) [`Bm  
    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： a"{tqNc  
     [;D4,@A  
    m.MOn3n]  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 V$wf;v0d(  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 }Jgz#d  
    ipEsR/O  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ]OoqU-q  
     1e;^Mz B"  
    Zjt3U;Y  
    '(kySf[  
    LmLV2f  
    2）设置多模高斯光源 9 z,?DBMvc  
    zb}:wUR  
     L!-@dz  
    ?EeHeN_  
    )jp#|#h  
    3) 设置优化函数 )#r]x1[Kn  
    ,c6ID|\  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 }0T1* .Cz  
    v.+-)RLQg  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 f;6a4<bz  
     A8OV3h6]  
    S5'BXE,  
    }`yIO"{8n  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2Ni$ (`"  
    Ku_`F2Q  
    L^ VG?J  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） c{j0A;XMS  
    #zXkg[J6d  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 k@AOE0m  
    "}|n;:r  
    a. 打开参数优化 `ejE)VL=8h  
    b:>(U.   
    @3{'!#/  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 jGEUl=W  
    lC.Yu$O5  
    图2
    L^)&"6oSa  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： HW{osav9  
    jR\T\r4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 9S.Uo[YY  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 TC3xrE:U<m  
     b IcLMG s  
    @q2Yka  
    图3
    ZYrXav<  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 W z3y+I/&  
    iD_NpH q  
    图4
    ]xA;*b;| h  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 eQno]$-\  
    kVQKP  U  
    图5 ;]MHU/  
    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： ]E88zWDY`  
    Se* GR"Z+  
    图6
    o8RagSIo8  
    4.总结 <r,l  
    IR|AlIv  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ld4QhZia  
    &?/h#oF@\  
    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。 8MM#q+8  
    (D{Fln\  
    VLN=9  
    QQ：2987619807     IC/'<%k  
     
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