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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） Nh]eZ3O  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 E} Uy-  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 /_x?PiL  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 isDBNXV:  
    :5U(}\dL{  
    摘要 -:a 9'dT  
     4zpprh+`K  
    vsqfvx  
    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。 He)v:AH  
    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。 <|hvH  
    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。     +X cB5S>  
    ]8d]nftY  
    1. 建模任务 #2_phm'  
     qK.8^{b  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ H:,rNaz7D^  
    T"in   
    V2i*PK X  
    2. 方法 lY.FmF}k  
     .9lx@6]+  
    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： 46Nl];g1`  
    WkXa%OZ  
     ;8|uY%ab  
    }j+ZF'#  
    2[r#y1ro  
    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。 Ls5|4%+&  
    r$=iM:kERC  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 8g(%6 ET  
     SD8Q_[rY  
    5z5#_*)O  
    |M)'@s:  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 (gvaYKvr  
    ::9U5E;!  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ]hS4'9lD  
    ,K+K`"Oy  
    1) 评估最大模式阶数 B3c rms['  
    c:>&Bg&,6T  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 8"N<g'Yl,  
    ,kpk XK  
    vbmi_[,U  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 >y(;k|-$  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 (pREo/T  
    jXSo{  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 @4sv(HyDY  
     X4Q ?]{  
    pLDseEr<  
    A=I]1r  
    52C>f6w  
    2）设置多模高斯光源 .,o=#  
    ?`u Y*+u  
     i"0^Gr  
    '.c [7zL  
    *6df|q  
    3) 设置优化函数 =v:vc~G6  
    vfK^^S  
    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)。 [ZZ~^U5  
    x5.H dKV  
    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。 ?y>P  
     4sP0oe[h  
    Uk` ym  
    ;;2XLkWu  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ]p\7s  
    z{]$WVs:^  
    b" 1a7   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） (]w_}E]N  
    iyB02\d  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 g1@zk $  
    dPc*!xrq  
    a. 打开参数优化 4`I2tr  
    s+#gH@c  
    Xx~OZ^t&Vn  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 fIN F;TK  
    Y4_/G4C  
    图2
    f-F+Y`P  
    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： 9y{[@KG  
    Q })x4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ({v$!AAv  
    -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。 Oz'x5/%G  
     64%P}On  
    Ew5(U`]  
    图3
    $A;jl`ng  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 $5yH(Z[[  
    4w\ r `@  
    图4
    $sTbFY  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ;PCnEs  
    JR8 b[Oj.S  
    图5 "1FPe63\*O  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： VCSHq&p8  
    # ` Q3Z}C  
    图6
    J3fk3d`2  
    4.总结 /{>$E>N;  
    UbNA|`H  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ROlef;/A  
    Zyt,D|eWj  
    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。 %X7R_>.   
    5\gL+ qM0  
    9>yLSM,!rS  
    QQ：2987619807     N[~{'i  
     
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