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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） h~p>re  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 GHsilba  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 0MkSf*  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 CMCO}#  
    z%e8K(  
    摘要 ~5 *5  
     XP1~d>j  
     -Y H<  
    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。 Pp| *J^U 4  
    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。 7hi"6,  
    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。     +Wx{:  
    sz)oZPu|  
    1. 建模任务 * =wYuJ#  
     {qmdm`V[  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ <6fv1d+v  
    Oer^Rk  
    RtCkVxaEx  
    2. 方法 >TP7 }u|  
     [<{Kw=X__2  
    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： 7yx$N n`(  
    Cf:#( D  
     }>'PT -  
    :pF_GkG  
    DZv=\<$,LF  
    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。 LK;k'IJ  
    4mHvgnT!WA  
    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。 .p=sBLp8  
     ^kgBa27  
    XO9M_*Va  
    b L]erYm  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 q~5 9F@  
    PmR~c,  
    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。 Rt{B(L.?<  
    T`9u!#mT=  
    1) 评估最大模式阶数 ^m /oDB-  
    ?  BE6  
    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： "F}'~HWZp  
    v 0kqu  
    J8"[6vId~  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 K3' niGT  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 k $f Gom  
    ]/!<PF  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 +E;2d-x*p  
     X5]TY]  
    M#4QQ} F.  
    (__yh^h:m  
    $rhgzpZ!X_  
    2）设置多模高斯光源 u- o--q  
    I0'[!kBF|  
     O4g+D#Lu  
    Bcjx>#3?L  
    78Aa|AJU  
    3) 设置优化函数 I"t(%2*q  
    U^.4Hy&D  
    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)。 'r@:Cz3e*I  
    qA:#iJ8w  
    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。 Ic{F*nnM  
     +e-,ST&w(  
    yCXrVN:`,  
    {66fG53x  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 oM)h#8bq  
    * FeQ*`r  
    a2f^x@0k  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 3-%Cw2ds  
    2qHf'  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 +@Ad1fJi  
    i,nm`Z>u  
    a. 打开参数优化 8LI-gp\ 2  
    :qvI%1cP=  
    `T2$4>!  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 0vGyI>  
    =X!IH d0  
    图2
    @<@SMK)  
    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： lg}HGG  
    #-"VS-.<  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） tj*y)28-  
    -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。 `$604+G  
     m,R Dr  
    EQe5JFR  
    图3
    m))<!3  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 }6-ZE9H-v  
    Dw2Q 'E  
    图4
    /_\#zC[  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 P0i V<T4^  
    !>(RK"KWq]  
    图5 &W6^6=E{g  
    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： 5y} v{Ijt  
    -.<k~71  
    图6
    3S BZ>  
    4.总结 7 yt=]1  
    7dX/bzUVz8  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 o\`>c:.  
    C*I(|.i@  
    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。  y\F=ui  
    e9^2,:wLB  
    XMRNuEU  
    QQ：2987619807     xAwf49N~  
     
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