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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） 0ZQ'_g|%  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 _)]CzBRq\6  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Z,iHy3`  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 0a"igq9t  
    ')GSAY7  
    摘要 Vb BPB5 $q  
     h$L"8#  
    # p[',$cC  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 q\\gpCgp  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 d\|!Hg,  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     TIvRhbu  
    kA7mLrON  
    1. 建模任务 \=>H6x]q  
     #nh|=X  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 9)VF 1LD  
    O9:U8$*  
    0Ia($.1mY  
    2. 方法 u+{a8=  
     7 I>G{  
    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： h;3cd0  
    %c[V  
     -(K9s!C!.  
    x`6<m!d`  
    Pb*5eXk  
    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。 "Ky; a?Y  
    Ks}Xgc\  
    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。 t|m=J`a{q;  
     F`9]=T0  
    Is+O  
    >3&O::]3  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 .CFa9"<  
    ;j2vHU#q-  
    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。 -kbg\,PW  
    r [ K5w  
    1) 评估最大模式阶数 `mN4_\]  
    S]E.KLR?[;  
    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： IT$25ZF  
    (e"iO`H  
    f|sFlUu&  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 $[yFsA6  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 WVLHfkN  
    EAeqLtFqs  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 |2KAo!PI  
     (dv]=5""  
    + T8B:  
    NssELMtF!g  
    f47M#UC  
    2）设置多模高斯光源 >a}f{\Q  
    g(4xC7xK6  
     c*@G_rb  
    @'GGm#<   
    !fj(tPq  
    3) 设置优化函数 yBI'djL~>  
    }3?n~s\)6f  
    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)。 }*L(;r)q  
    %AQIGBcgL  
    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。 7NJhRz`_  
     |7zd%!  
    P@FHnh3}Z$  
    ;amXY@RmH  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 l<);s  
    ` Jdb;  
    []D@Q+1  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） .?l\g-;=  
    <n#DT  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \eFR(gO+  
    l]5w$dded~  
    a. 打开参数优化 ~ yX2\i"  
    8]LD]h)B"  
     =kuMWaD  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 =W'Ae,&  
    pxa(  
    图2
    k1!@^A  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： %V nbmoO  
    )Eo)t>  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ZMq6/G*fD  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 4#l o$#  
     Gy(=706  
    vuYSVI2=H  
    图3
    V 0rZz  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 y`=]T>X&x  
    \P6$mh\T  
    图4
    5s]. @C8  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 yNbjoFM.i  
    qo|WXwP2  
    图5 ~Rr~1I&mR,  
    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： 4H/fP]u  
    (I./ Uu%  
    图6
    z5 YWt*nm  
    4.总结 ruy}/7uf  
    _FWBUZ;N  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 n<u $=H  
    )h)]SF}  
    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。 @!1x7%]G  
    Dg?:/=,=9r  
    QQ：2987619807     a8UwhjFO  
     
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