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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） M!X^2  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 3QF[@8EH{  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 +G+1B6S  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 2`A[<S  
    1$^r@rP  
    摘要 uo(LZUjPbN  
     nWh f  
    jvpv1>KYV  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 KOoV'YSC[(  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 x:h)\%Dg<  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     = J]M#6N0  
    Z$%!H7w  
    1. 建模任务 Ul3xeu  
     /lhk} y^  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 74&{GCL  
    4~8-^^  
    tY:,9eh7B  
    2. 方法 ab#z&jg!  
     [.w`r>kZI  
    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： F!w|5,)  
    &wN}<G e6  
     U#<{RqY  
    Fc=6 *.hy  
    K3h"oVn  
    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。 M1T.  
    (y1S*_D  
    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。 87m`K Str7  
     IkxoW:L  
    FlY"OU*  
    1QnaZhu'  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Zv* uUe  
    [Dmf.PUe  
    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。 >/NegJh'F}  
    T0.sL9  
    1) 评估最大模式阶数 E,cQ9}/  
    }*O8]lG  
    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： UMT}2d%  
    Ndyo)11z  
    L3 KJ~LI  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ] mK{E~Zll  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 K@/dQV%Z  
    Kaaz,C.$^  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 LabI5+g  
     e2 g`T{6M  
    K$B~vy6E`  
    M@p<L VP  
    &>R:oYN  
    2）设置多模高斯光源 4/v[ .5  
    b! teSf  
     L$@+'Qn@:  
    ZwiXeD+4  
    8dJ+Ei~M  
    3) 设置优化函数 Q'?VLv |@  
    sGpAaGY>  
    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)。 G({VK  
    woF {O)~X  
    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。 JSaF7(a =  
     ~:|V,1  
    $iA:3DM07  
    _1WA:7$C  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Y{Lxo])e  
    @\>7 wt_'  
    ;ZMIYFXRqh  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Q]/{6:C  
    Y"nz l]T  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 J4 U]_|  
    M a3}w-=;  
    a. 打开参数优化 W@zu N)U  
    Z|)1ftcC  
    c>Ri6=C  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 jM-5aj[K  
    l-x-  
    图2
    qv |}>wU  
    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： 77wod}h!:  
    :)kHXOb.  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8:0,jnS  
    -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。 QjYw^[o  
     |$+/IxDP  
    B(O6qWsL  
    图3
    FPPl^  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 (T&(PCw|  
    u:B=lZ[  
    图4
    ml!c0<  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 &5G@YQD1e  
    /x_AWnU  
    图5 ->7zVAX  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： <Q`3;ca^  
    [$:L| V!{  
    图6
    o` dQ  
    4.总结 ;>F1?5P{  
    h-SKw=n  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 PzhC *" i}  
    ;vbM C74J#  
    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。 eZ0-O /_i  
    xr7M#n  
    Z`zLrXPD)  
    QQ：2987619807     nE2?3S>  
     
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