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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） ,jz~Np_2  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 a;; Es  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ;! ?l8R  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Y$,~"$su|  
    > JA-G@3i  
    摘要 ~e,l2 <  
     Z5U\>7@&8  
    Zi]E!Tgn  
    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。 5cA:;{z];g  
    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。 K5`*Y@  
    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。     tXrKC  
    Z6Mjc/  
    1. 建模任务 NM:$Q<n  
     G{X7;j e  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ R87@.  
    U&*%KPy`  
    5/ U{b5  
    2. 方法 5"b1: w@  
     w1zMY:9  
    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： zXlerQWUv  
    ,{(XT7hr  
     ~-H3]  
    uR2|>m  
    / s Apj  
    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。 lZIJ[.  
    *(vh|  
    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。 t&x\@p9  
     8#,_%<?UVy  
    K9}Brhe  
    c]U+6JH  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 "B +F6  
    1K|F;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。 RRQv<x  
    AG%[?1IXW  
    1) 评估最大模式阶数 lJfk4 -;M  
    *m>[\)  
    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： DS@Yto  
    =5^1Bl  
    <9xr? i=  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 oz]3 Tx  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 as/PM"  
    |${ImP  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 %52x:qGa  
     jd5kkX8=  
    Qqj9o2  
    x7gd6"10^  
    :nl,A c  
    2）设置多模高斯光源 y eIS}O  
    ?A.ah  
     z"QtP[_m  
    r.Z g<T  
    5"1wz  
    3) 设置优化函数 n dN*X'  
    Jwj=a1I 53  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 mv,a>Cvs[  
    up8d3  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 pH3\X cn  
     74 )G.!  
    Vep 41\g^  
    bJ6C7-w:wa  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Rq?t=7fX)  
    8a8D0}'  
    &KI|qtQ;  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ofz?L#:2  
    #E\6:UnT  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ]b1>bv%  
    ~@@$-,}X   
    a. 打开参数优化 X6w+L?A  
    i+T5 (P$  
    _):@C:6  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 pz/W#VN  
    %FqQ+0^  
    图2
    %2\Pe 2Z  
    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： VhMVoW  
    &dni6E4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） -h ^MX  
    -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。 :w|=o9J  
     QKVOc,Fp7i  
    z"7X.*]  
    图3
    s?9Y3]&+&M  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ~FXq%-J  
    [,ulz4"  
    图4
    \x4:i\Fx@  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 L+@X]O W8  
     nsV=  
    图5 eFA,xzp  
    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： Fe: ~M?]  
    <*u^8lCA  
    图6
    gk5Gf l  
    4.总结 \K%M.>]vq  
    8~RJnwF^  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 T9kc(i'  
    ]Z=al`-  
    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。 kv?DE4=;  
    $XkO\6kh  
    FQ47j)p;  
    QQ：2987619807     tW-[.Y -M,  
     
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