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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） "*RCV6{  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 MeQ(,irr^  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 c5;YKON  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 J}._v\Q7P  
    :`:<JA3,  
    摘要 / v5Pk.!o  
     qt^%jIv  
    a}i{b2B  
    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。 &I'~:nWpt  
    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。 J:?t.c~$o  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     UM|GX  
    (pi7TSJ  
    1. 建模任务 v 0rX/ mj  
     wS``Q8K+dM  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ .Z%7+[  
    ^ b-H  
    _q6+]  
    2. 方法 2*K0~ b`  
     _\@i&3hkx  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 6Wc eDY  
    AU87cqq  
     nz+o8L,  
    RVI],O  
    OiM{@  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ni2H~{]z  
    &sS k~:  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 \RQ5$!O  
     a Q`a>&R0  
    ^ / f*5k  
    <( BAws(X  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 a P{xMB#1h  
    +S;8=lzuV  
    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。 OQ+?nB  
    $ZcmE<7k  
    1) 评估最大模式阶数 wTIf#y1=9  
    et9 c<'  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： D|e6$O5o  
    ec=4L@V*  
    }ZVNDvGH  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 De>pIN;B>  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Q96g7[  
    5Qy,P kje  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 l' "<  
     _F@FcFG1Z*  
    A]H+rxg  
    ARQ1H0_B  
    6\::Ku4_2  
    2）设置多模高斯光源 PU -~7h+$  
    q8kt_&Ij  
     ; H:qDBH  
    +S/8{2%?DG  
    cst=ms  
    3) 设置优化函数 'kx{0J?  
    fcw \`.  
    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)。 TS UN(_XGW  
    \2NiI]t]  
    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。 YmF`7W  
     E+~~d6nB  
    E>4 \9  
    >`oO(d}n[0  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ^eZqsd8a  
    %+pXzw`B  
    6PPvf D^  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） X0!48fL*  
    xUSIck  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 7kJ,;30)  
    rtzxMCSEU  
    a. 打开参数优化 B"Fg`s+]U  
    7s.sbP~  
    c!841~p(Q  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )L#I#%  
    8=2)I.   
    图2
    0;XnNz3&  
    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： ~+T~}S  
    P}VD}lEyO  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ]\_4r)cN<n  
    -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。 Pt1Htt:BE  
     L1D%vu`  
    CX1'B0=\r  
    图3
    H>Fy 2w  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 q g%<>B&"  
    9k *'5(D4S  
    图4
    h[lh01z  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 "arbUX~d  
    W0nRUAo[  
    图5 nKHyq\  
    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： Ur@'X-  
    ,YiBu^E9  
    图6
    c^=,@#  
    4.总结 Zd5fr c$  
    $Z;0/\r%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ~Aq UT]l  
    1$ l3-x  
    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。 4)"jg[  
    "urQUpF  
    QQ：2987619807     t=yM}#r$  
     
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