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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） `1 Tg8  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Nc(A5*  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 4 $)}d  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 %CrpUx  
    _2})URU< S  
    摘要 T!pHT'J  
     kgX"I ?>d  
    :r_/mzR#  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 fb!>@@9Z  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 lb)i0`AN+  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     JkNRXC:  
    UXS+GAWU  
    1. 建模任务 ]`@< I'?,X  
     ;4vx+>-  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ _ =(v? 2:?  
    `LWbL*;Y0  
    0te[i*G  
    2. 方法 *^%ohCU i  
     !`dn# j  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： *pGbcBQ  
    J\ ?  
     n*qn8Dq  
    G7HvA46  
    p#dYNed]'  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 #fF';Y7  
    V#-8[G6Ra  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 }4*~*NoQ  
     p:4oA<V  
    `[4{]jX+<  
     9\R+g5  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 f:A1j\A?  
    sCAWrbOe>  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ?CuwA-j  
    z`y^o*qc]  
    1) 评估最大模式阶数 OmECvL'Z  
    l9$"zEC  
    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： L q;=UE  
    iC<qWq|S_m  
    U#n1N7P|$F  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ?w"zW6U  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 , *Z!Bd8  
    5q.)K f+  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 .u9,w  
     EYKV}`  
    y)+l U  
    <a%RKjQvT  
    O>2i)M-h9x  
    2）设置多模高斯光源 <#:ey^q<  
    DqBiBH[%h  
     :.f m LL  
    8Nf%<nUv  
    Sa$-Yf  
    3) 设置优化函数  r(c8P6_  
    32,Y 3!%  
    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)。 kt hy9<!$  
    A>J,Bi  
    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。 (wZ/I(4  
     [-JU(:Rh  
    f5&K=4khn  
    b*"%E, ?  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 %pImCpMR  
    &BJ"T  
    .L}k-8  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） V82N8-l  
    wy4 }CG  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 qgw)SuwW  
    qv$m5CJvK  
    a. 打开参数优化 96S#Q*6+R  
    GC^>oF  
    [I5}q&  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 o",J{  
    rE$=~s  
    图2
    6Y&`mgMF'  
    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： Lk1e{! a  
    z[0B"f  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 4jdP3Q/  
    -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。 ,ftKRq  
     5? 1:RE(1  
    K)F6TvWv  
    图3
    &O.lIj#F R  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 xh9Os <  
    QL`Hb p  
    图4
    *t,1(Gw|7q  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 o0:RsODl  
    SK;c D>)  
    图5 w>h\643  
    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： vKmV<*K  
    F!&$Z .  
    图6
    YGf<!  
    4.总结 bOS; 1~~  
    " TP^:Ln  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Av_JcH  
    $ucA.9pJ  
    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。 @PAT|6  
    ;30SnR/  
    'nSo0cyQ  
    QQ：2987619807     h0)Dj( C  
     
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