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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） JEZ0O&_R  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 [E2".F3  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 [W <j  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 >^<;;8Xh  
    b#t5Dve  
    摘要 b0se-#+  
     ?"?AH/ED  
    Eb29tq  
    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。 X;vU z  
    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。 XZ8]se"C  
    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。     20J-VN:  
    ']OT7)_  
    1. 建模任务 0YoV`D,U  
     {\LLiU}MJC  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 4)L};B=  
    mOLz(0  
    {sq:vu@NC  
    2. 方法 iT{[zLz>1  
     g(Oor6Pp  
    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： 6D{70onY+  
    ~= otdJ  
     cN\_1  
    2:yXeSeA  
    {5+69&:G.  
    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。 ;~`/rh V\  
    ^R7X!tOq4  
    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。 2) 2:KX  
     sULsUt#  
    gh^w !tH3  
    e\*(F3r  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 eOZ~p  
    v+<4?]EJ  
    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。 MdTu722  
    } R hSt]  
    1) 评估最大模式阶数 Sj8fo^K50  
    "`a,/h'  
    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： a [f}-t9  
    jz\>VYi(7  
    f&$$*a  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 k6\&[BQs  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 {?3i^Q=V  
    ,1v FX$  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3u;0,:X&  
     '68#7Hs.  
    kmu7~&75  
    Z 2$S'}F  
    cBCC/n  
    2）设置多模高斯光源 iqsR]mab  
    k#p6QA hS  
     GW.Y= S  
    ?]TtUoY=)F  
    \vW'\}  
    3) 设置优化函数 c/(Dg$DbX  
    ZA'0 q  
    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)。 ]^@m $O  
    %PK(Z*>  
    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。 (^<skx>  
     b,(<74!#8  
    DKl\N~{F  
    N[yS heT  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 @%^h|g8>Fu  
    i&)OJy  
    ^Q!A4 qOQ  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） aHNn!9#1  
    G^/8^Zi  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 JbXi|OS/  
    zIU6bMMT3u  
    a. 打开参数优化 #X?E#^6?E  
    <DEu]-'>  
    u|Ng>lU  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 e_1L J  
    l o- 42)  
    图2
    ;9vY5CxzC  
    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： vOtILL6  
    N#X* 0i"  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ]BmnE#n&  
    -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。 Nlu]f-i':  
     Z)}2bJwA  
    g}*p(Tp9:  
    图3
    shVEAT'`  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 D\pX@Sx,v[  
    d"lk"R  
    图4
    +.xK`_[M  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 xb&,9Lxd|  
    NezE]'}  
    图5 Bc<pD?uOK  
    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： 5wv7]F<  
    FY/F}C,o  
    图6
    7(<r4{1?  
    4.总结 6 8Vxy  
    vxrqUjK7  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 YuoIhT  
    <2O XXQ1  
    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。 <%=<9~e  
    9 {IDw   
    bfK4ps}m*  
    QQ：2987619807     Xv 7noq|  
     
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