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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） }|w=7^1z  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 #j(q/ T{x  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 jydp4ek_n  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 O|A~dj `  
    s :-8 Z\,  
    摘要 Zkwy.Hq^  
     x@{G(W:W  
    *+_fP|cv  
    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。 {hkM*:U  
    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。 0X ] ekq  
    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。     V+4k!  
    , mAB)at  
    1. 建模任务 {hW +^  
     xi Ov$.@q  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ .0 R/'!e  
    TFiuz; *|  
    'sT}DX(7M  
    2. 方法 2?#y |/  
     D=5t=4^H(  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ,kGw;8X  
    <>&e/  
     .ruz l(6  
    orcZ yYU  
    *:fw6mnJ#  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 g:~?U*f-  
    0-;DN:>  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 qd#(`%_/  
     nN_94 ZqS<  
    ims=-1,  
    iOX4Kl  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 jm#F*F vL  
    ^a:vJ)WB7  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 .g(\B  
    4 _c:Vl  
    1) 评估最大模式阶数 vV:M S O'r  
    ,oBk>  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： -N-4l  
    Nj3^"}V  
    s= GOB"G  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 8;+Hou  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 &<fRej]v  
    1 o  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 (DEL xE  
     c4qp3B_w  
    ZH`K%h0  
    lD;,I^Lt6  
    x[.z"$T@  
    2）设置多模高斯光源 }jyS\drJ  
    Im' :sJ31  
     f!uA$uL c  
    E{+c*sz  
    `DWi4y7  
    3) 设置优化函数 yuy+}]uB@  
    \^;|S  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 cc2oFn  
    Z@c0(ol  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 2=!3[> B  
     |Ad6~E+aL-  
    6b+ Wl Ib  
    0]2B-o"kI  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 t7*H8  
    G\,A> mT/P  
    xP5mL3j  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Cr V2 V)|G  
    die2<'\4%  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 &\6`[# bT  
    wE8a4.  
    a. 打开参数优化 .olP m3MC  
    _1>(GK5[  
    D?*sdm9r`  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 [WO%rO^p  
     8H%I|fm  
    图2
    u{{xnyl?  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： :zn ?<(sQ  
    C}8e<[} )  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） q$u\ q.  
    -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。 G &rYz  
     GHgEbiY:  
    ) R a/  
    图3
    !EmR(x  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +{Vwz  
    1UA~J|&gi^  
    图4
    5(MZ%-~l  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 SU#P.y18%  
    ?C>VB+X}y  
    图5 h7W%}6Cqkw  
    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： lJ>QTZH!wW  
    &"j).Ogm4  
    图6
    Uc4 L|:  
    4.总结 J!K/7u S  
    xO9]yULgu  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 s=%+o& B  
    CXP $bt}  
    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。 v YmtpKNj%  
    84oW  
    QQ：2987619807     o YI=p3l  
     
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