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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） LLMGs: [  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 !)05,6WQ  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 735l&(3A\  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 3Q2NiYg3  
    Ak$9\Sl  
    摘要 $-<yX<.  
     ZT`" {#L  
    *z_`$Y  
    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。 #Yy5@A}`o  
    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。 eKU4"XTk  
    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]=Ks_7  
     UF@.  
    1. 建模任务 jwI1 I{x  
     @ ]42.oP  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ M. _5mZ{  
    lLK||2d  
    m |.0$+=  
    2. 方法 [g{fz3 O6  
     % 3fpIzm  
    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： B%o%%A8*g  
    <,H/7Ba  
     ~bis!(}p-  
    v[?gM.SF  
    QD1&"T<.d.  
    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。 )0Vj\>  
    ?q0a^c?A^  
    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。 brL u~]I  
     %O{FZgi%wA  
    E;"VI2F  
    u!fZ>kS  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 W&m3"~BJ  
    mXsSOAD<  
    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。 B =DV!oUg  
    cvx"XxE,  
    1) 评估最大模式阶数 '%YTM N@  
    0\eSiXs  
    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： ZY;g)`E1  
    5cl^:Ua  
    :JXcs39  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 kpk ^Uw%f  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 r8A'8g4cM  
    R80|q#h,]  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 TBHd)BhI.  
     @#9xSs#  
    ~u?rjkSFoh  
    K5(T7S  
    -7EwZRS@9  
    2）设置多模高斯光源 472'P  
    P)ne^_   
     C3 m_sv#e  
    JBISA _Y  
    9(bbV5}  
    3) 设置优化函数 G)""^YB-  
    9AD0|,g  
    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)。 HS1{4/  
    q"-Vh,8h  
    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。 `"$9L[>  
     l8lJ &  
    9YBlMf`KEf  
    cL"Ral-qB  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 paxZlA o  
    _ CzAv%  
    CKDg3p';  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 26j-1c!NGd  
    LBcqFvj{&  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 uLN.b339  
     yT(86#st  
    a. 打开参数优化  ~"h V-3U  
    t4-0mNBZt$  
    *mN8Qd  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 4&~*;an7  
    86o'3G9@  
    图2
    8JO(P0aT  
    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： rE\&FVx  
    4 @9cO)m  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） <*p  
    -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。 `oE.$~'  
     < -Ax)zE  
    CTc#*LJx>j  
    图3
    Ge76/T%{Q  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 S @)P#  
    ck8Qs08  
    图4
    M/}i7oS]  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 2}ywNVS  
    g;y*F;0@  
    图5 M!\6Fl{ b  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： JOki4N  
    o6r ^  
    图6
    'gk^NAG2^E  
    4.总结 az Oib=3fz  
    ^ =H 10A  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 SN#N$] y5s  
    0#F<JsO|u  
    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。 yGb^kR}d  
    SLud}|f;o  
    lq27^K  
    QQ：2987619807     @Lm(bW  
     
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