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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） Y\op9 Fw  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ?0?'  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 I* bjE '  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 8p5'}Lq  
    Iewq?s\Fo  
    摘要 +\W"n_PPy  
     {^\-%3$  
    <5X@r#Lz  
    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。 WEsH@ [  
    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。 B}MJ?uvA  
    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。     *jJ62-o  
    H!Od.$ZIX  
    1. 建模任务 5G!X4%a  
     mi-\PD>X  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ - a=yi d  
    )a}5\V  
    xv*mK1e  
    2. 方法 .Gv~e!a8  
     o}%fs *  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： {10ms_s  
    869`jA &7"  
     1]<!Xuk^f  
    x)?\g{JH  
    ~"wD4Ue  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 E??%)q  
    M ?3N  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 7*5ctc!dG  
     - VE#:&  
    K@i*Nl  
    t,+S~Cj|  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 nZT@d;]U9  
    `u}x:f !  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 "4`%NA  
    W"*R#:Q  
    1) 评估最大模式阶数 H94.E|Q\+  
    S3_4i;K\  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： Z])_E 6.  
    Chua>p!$g  
    Lm?*p>\Q  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 }*'ha=`J  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 -b$OHFL  
    ^55?VQB  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 j+9 S  
     A|J\X=5  
    @NIypi$T  
    w b[(_@eZ  
    DSC4  
    2）设置多模高斯光源 G|lI=Q3f  
    K5>:Wi Y  
     !`_f\  
    H1nQ.P]_  
     ?~.&Y  
    3) 设置优化函数 As|/ O7%  
    'EV  *-_k  
    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)。 ,7P^]V1  
    zRu`[b3u<  
    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。 V+24-QWh  
     3(+#^aw  
    l;A_Aii(  
    YZRB4T9  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 )F9r?5}v4x  
    *]WXM.R8  
    ^gzNP#A<'o  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ]Rh( =bg  
    suFOc  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Uob|Q=MQ  
    Xp6*Y1Y  
    a. 打开参数优化 ]Cn*C{  
    *t{c}Y&@  
    _M[[vXH  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 8 QF?W{NK  
    G*i#\   
    图2
    j9ta0~x1*6  
    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： 6^O?p2xpo  
    n/oipiYx  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） no NF;zT  
    -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。 ]H#Rm#q  
     U?fN3  
    #A9_A%_.h  
    图3
    \h7J/es^p!  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 V/}>>4  
    _~ZQ b  
    图4
    P^3m:bE]  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 e=o{Zo?H=  
    {L4>2rF  
    图5 GGc_9?h  
    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： Fy@#r+PgWp  
    'CX.qxF1;p  
    图6
    Mj B< \g>  
    4.总结 s>@#9psm  
    )yNw2+ ~5  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ~"q,<t  
    OKZam ik~  
    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。 x1:Pj  
    a|P~LMPM  
    kyxSIQ^  
    QQ：2987619807     ,/?%y\:J  
     
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