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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） Jan~R ran  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 (drDC1\  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 LykB2]T  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Ya*<me>`  
    t/vw%|AS  
    摘要 _{C =d3  
     WV8vDv1jt  
    n>XfXt =  
    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。 )c<X.4  
    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。 K ; e R)  
    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。      Z,"f2UJ  
    "\~d!"n|2  
    1. 建模任务 8XG|K`'u  
     PAy/"R9DT-  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ }2]m]D@%7  
    )*`cJ_t  
    P+Q}bTb8  
    2. 方法 4/N{~  
     xt zjFfq  
    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： VkD}gJY  
    0s72BcP  
     (7*((  
    2[X\*"MQ2  
    }Y&|v q  
    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。 Q3'L\_1L  
    ?ZAynZF|#  
    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。 K[^BRn  
     ukDaX  
    s= bP@[Gj  
    %0_}usrsk  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 >9+h2B  
    vUR@P  -  
    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。 -%ftPfm  
    c\.7Z=D  
    1) 评估最大模式阶数 (7A-cC  
    7?p>v34A  
    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： /=[hRn@)A  
    H$k2S5,,z  
    l_i&8*=Px  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *cy!PF&  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 2I>`{#fV  
    c2Yrg@) [  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Xk9 8%gv  
     :;URLl0  
    fo_*Uva_  
    {:TOm0eK  
    gXvE^fE  
    2）设置多模高斯光源 ,DD}o  
    #:xv]qb`k  
     >9Z7l63+}  
    2v`Q;%7O  
    K)#6&\0tT  
    3) 设置优化函数 BV)) #D9  
    !7n`-#)  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 :NynNu'  
    E[Bj+mX9  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 -u^f;4|u  
     ^IqD^(Kb  
    M&}_3  
    \ch4c9  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 <N8z<o4rku  
    #b@ sV$  
    Gx;-1  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） srryVqgS  
    ~BC~^ D&WD  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 v<vaPvW  
    X }Fqif4A  
    a. 打开参数优化 4l@aga  
    yJ*g ;  
    9dFo_a*?  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式  tPChVnB  
    l}~9xa}:D|  
    图2
    Bejk^V~  
    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： I.- I4F)D  
    ^+O97<#6C  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） :_:o%  
    -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。 l{Xy %8  
     kZ'wXtBYe  
    AWDy_11Nm  
    图3
    BFQ`Ab+  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 &#;lmYyaui  
    `S|T&|ad0  
    图4
    p7Z/%~0v:  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 {Z}zT1kA  
    $9ys! <g  
    图5  #]J"j]L  
    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： Je~`{n  
    EMf"rGXu(  
    图6
    p:xVi0  
    4.总结 il7gk<  
    d5'4RYfkQ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 +TN*6V{D  
    8u"HW~~=  
    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。 6|Xm8,]yRw  
    S"%W^)mZ  
    $1n\jN  
    QQ：2987619807     9'A^n~JHF  
     
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