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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） B ,V( LTE  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 1'NhjL  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 cX2$kIs;  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 \WWG>OUh.U  
    csYy7uzi  
    摘要 YVoao#!  
     49o\^<4b  
    Y|mW.  
    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。 mv{<'  
    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。 $h,d? .u6w  
    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。     neF8V"-u&  
    c8T/4hU MN  
    1. 建模任务 FIH@2zA  
     O47PkP8  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,ohmc\*J  
    wY/bA}%  
    > 84e`aGE  
    2. 方法 _0K.Fk*(!  
     D>P;Izb  
    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： \UOm]z  
    mIvnz{_d  
     {o( * f  
    nh<Z1tMU  
    L ${m/@9  
    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%;kGi`m  
    C#0brCQq3  
    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。 @a0Q0M  
     ] @ufV  
    #00D?nC  
    QCWf.@n  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 gSb,s [p&+  
    0*/kGvw`i  
    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。 [P{a_(  
    sZKEUSFD #  
    1) 评估最大模式阶数 JRXRi*@  
    u\f3qc,]F  
    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： YGETMIT(  
    :<H8'4>  
    =5?.'XMk  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 k=`$6(>Fz  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 q(gjT^aN  
    z|I0-1tAK  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Fwb5u!_,  
     :> SLQ[1  
    ~q 7;8<U  
    Ps3~{zH`  
    ytiyF2Kp  
    2）设置多模高斯光源 eQ;Q4  
    /D'M24  
     ;g+]klR!  
    J1X~vQAe  
    Z5$fE7ba+  
    3) 设置优化函数 DHv2&zH  
    *GJ:+U&m[  
    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)。 oR#Ob#&  
    -%,"iaO  
    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。 q(Hip<6p  
     8eN7VT eb  
    V&%C\ns4  
    Z/g]o#  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 hO3 {  
    FqZgdmwR  
    [pL*@9Sa&  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） k3>YBf`fC  
    6]n/+[ ks  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 JhP\u3 QE  
    cDIBDC  
    a. 打开参数优化 '1-maM\r  
    lL0M^Nv  
    U*\17YU6h  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ~x#vZ=]8  
    I3(d<+M  
    图2
    gi$XB}L+X  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： "}zt`3  
    Hhl-E:"H`  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） >g}G}=R~3  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Z!_n_F k  
     .T8K-<R  
    Qnt5HSSt  
    图3
    DpvrMI~I_  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 )%F5t&lum  
    ]C!?HQ{bsf  
    图4
    I 8z G~L%"  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 /iG7MC\`  
    pO]8 dE0  
    图5 R\O.e  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： 5FOqv=6S  
    T$P-<s  
    图6
     prrT:Y  
    4.总结  #^0(  
    X{Zm9T  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 x-;`-Uo%  
    [>Fm [5x  
    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。 xaW{I7FfG  
    Ch5+N6c^  
    QQ：2987619807     L l}yJ#3,  
     
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