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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） V) #vvnq  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 "PM!03rb  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 a}~Xns  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 W,<P])  
    BU-m\Kf)  
    摘要 tDF=Iqu)a  
     r|U'2+vn  
    OR4ZjogzY  
    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。 %UEV['=  
    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。 %E\&9,  
    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。     2&st/y(hs  
    Q;m:o8Q5  
    1. 建模任务 OF^:_%c/  
     8cqH0{  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ }co v"o  
    iGG;  
    CRK%%;=>  
    2. 方法 5,3Yt~\m  
     .G"UM>.}d  
    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： 4CR.=  
    ]JQ';%dne  
     %1E:rw@  
    Qqt<  
    iOCx7j{BS  
    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。 'Xl[ y  
    FBn`sS8hH  
    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。 "c[ D 0{\{  
     i *W9 4  
    m'|{AjH z6  
    9mdp \A  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ;t'~  
    {fi:]|<1h  
    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。 $tGk,.#j  
    5v51:g>c  
    1) 评估最大模式阶数 +bi%4DA  
    ?k$3( -  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： Jg I+k Nx  
    y#[PQ T  
    %_*q'6K  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 m"MTw@}SJ;  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Im9^mVe  
    _1D'9!+   
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 IuJj ;L1  
     B+y r 6Q.  
    . }QR~IR'  
    tvH{[e$  
    ?eUhHKS5  
    2）设置多模高斯光源 ~(2G7x)  
    2jQ|4$9j  
     *,w9#?2x  
    /IDfGAE  
    J%ym1A9  
    3) 设置优化函数 k_)H$*  
    ;x.xj/7  
    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)。 lNtZd?=>  
    &5fM8 Opkd  
    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。 <a@'Pcsk  
     +" 4E:9P?  
    V,=V   
    AplXl=  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 T\g%.  
    Xne{:!btw  
    _KSYt32N  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） S<Zb>9pl  
    jPG&Ypm1   
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 fL[(;KcAa  
    vas   
    a. 打开参数优化 4%#C _pE9  
    b<UZD yN~  
    ~`Q8)(y<#$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 a =LjFpv/]  
    W(N@`^  
    图2
    !|P>%bi  
    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： sWp]Zy  
    q5il9*)d (  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） m7z6c"?lB  
    -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。 9o7E/wP  
     #S+GI!  
    Q>y2C8rnJ/  
    图3
    SooSOOAx[  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Vw7NLTE}`  
    k8E'wN  
    图4
    31b9pi}nf  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 n,eO6X 4  
    ]kC/b^~+m  
    图5 9N^&~O|1  
    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： r0=Aru5n  
    D0(QZrVa  
    图6
    so h3 d  
    4.总结 .Y.\D\>~  
    Jt6~L5[_s  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (r_xs  
    MrIo.  
    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。 e6{}hiM  
    F5Tah{  
    z@hlN3dg  
    QQ：2987619807     "i$Av m  
     
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