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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） z@5t7e)!R  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Pt<lHfd  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Ck<g0o6  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 c}(fmJB&(  
    NgH"jg-  
    摘要 p<%76H A  
     wbg_%h:  
    ^@V$'Bk  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 PW a!7n#A  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 'U=D6X%V9m  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     G;r-f63N  
    +o&&5&HR  
    1. 建模任务 /Hxz@=LC1  
     eyPh^c]?`8  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ zyey5Z:7  
    w s(9@  
    ai/VbV'|  
    2. 方法 |/LCwq%  
     h ]'VAt  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Q 5R7se_  
    9AJMm1 _  
     P\#z[TuHKC  
    D#lx&J.s  
    MN|8(f5Gs  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 #)im9LLC#  
    -.#He  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ?9<byEO%M  
     WHh=ht s\  
    };m.Y>=)K  
    <cTusC<  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 =l&A9 >\  
    5tyr$P! N  
    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。 K]q9wR'q  
    +{* @36A5A  
    1) 评估最大模式阶数 +jk_tPSe  
    q!l[^t|;  
    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： e [D'0L  
    O/;$0`~hY  
    y~jKytq^@  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 9p,<<5{  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 qGS]2KY  
    HRF4 Ro  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 %dXfC!  
     k]*DuVCOX  
    Dim,HPx]d  
    VN=S&iBa/  
    Y4PU~ l  
    2）设置多模高斯光源 #vN\]e  
    GnbXS>  
     Q!DQ!;Br6  
    !/0XoIf"  
    F*WW v&\X  
    3) 设置优化函数 h 9V9.'  
    N"~P` H![x  
    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)。 MmOGt!}9A  
    [MM11K  
    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。 _tE$a3`  
     J[<3Je=>$  
    yc,Qz.+g  
    o5+N_5OE}E  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 htg+V-,  
    45` Gv  
    l7 D/ ]&  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） wL 5p0Xl  
    o{\@7'G  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 %^RlE@l9  
    :xd&V%u`  
    a. 打开参数优化 [.P~-6~  
    Rk fr4  
    kKVq,41'  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Py 8o8*H  
    di6A.N5A  
    图2
    n?@o:c5,r  
    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： <_""4  
    La}=Ng  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Y=/3_[G   
    -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。 7<{Zq8)  
     &G55<tRE  
    WPyd ^Y<  
    图3
    <R~(6krJwZ  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 6X5m1+ Oi^  
    lqPRUkin  
    图4
    >fo &H_a  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ox {Cm  
    ~I/7{B|yX  
    图5 ;3'}(_n  
    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：  ]\P  
    Z.m.Uyz{7  
    图6
    rjU $*+  
    4.总结 'rf='Y  
    BU:s&+LYUv  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 vzaxi;S<  
    ik~hL/JD\  
    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。 XuHJy  
    #.}Su+XF  
    l;Zc[6  
    QQ：2987619807     8%7H F:  
     
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