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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） )o86lH"z  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 4u@yJ?U  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 IES41y<  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 7E;>E9 '  
    +GRxHuW,  
    摘要 OY+!aG@.  
     jG =(w4+  
    qw9e) `3$  
    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。 Xs{/}wc.q;  
    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。 37J\i ]  
    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。     k,a,h^{}j  
    YN_X0+b3C  
    1. 建模任务 <ur KIu  
     BT&rp%NO6l  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ >|v=Ba6R0  
    l0eANB%Y=@  
    jB*9 !xrd,  
    2. 方法 bMSD/L  
     xAR^  
    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： LBW.*PHW  
    E6,`Ld;c[  
     .a ~s_E  
    J& 1X  
    _K 4eD.  
    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。 }".\ 4B$n  
    zfk'>_'  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Q,[rrG;?@  
     , LCH2r  
    R1]v}f_I"  
    ;m-6.AV  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 >l7eoj  
    ]s1TJw [B  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 trID#DT~  
    *O"%tp6  
    1) 评估最大模式阶数 =g{_^^n  
    U)&H.^@r$  
    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： nEjo,   
    {Hktu|  
    m]+X }|  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 {jj]K.&  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 \#h})`  
    31 KDeFg  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 KUl Zk^a  
     SL?%/$2g=O  
    {|8:U}<#h  
    umq$4}T '$  
    F9>(W#aC  
    2）设置多模高斯光源 *so6]+)cU  
    `<]P"G  
     '=@-aVp  
    {,nd_3"Vq  
    0lvb{Zd  
    3) 设置优化函数 7v4-hfN  
    XnNOj>!  
    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)。 MY0[Oq cm=  
    i]h R7g<  
    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。 MSxU>FX0  
     q\{;_?a  
    LN,$P  
    bUipp\[aV  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 bKZAJLnd  
    K4K3< Pg  
    ynOc~TN  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） P~b%;*m}8  
    X:zyzEhS  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 y$;zTH_6j  
    YV2pERl  
    a. 打开参数优化 qB` 0^V  
    h:US]ZC^Z  
    qZyt>SAx  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 A7I8Z6&  
    l1`c?Y  
    图2
    MO(5-R`  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Hsux>+Q  
    0X}w[^f  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） HeAc(_=C  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 +wPvQKVfI  
     ej??j<]  
    U 8 .0L  
    图3
    lzQ&)7`  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 @N:3`[oB  
    QKL]O*  
    图4
    pqNoL* H  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 nu1w:  
    .,iw2:  
    图5 #!F8n`C-  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： JqH.QnKcv  
    *< SU_dAh  
    图6
    )9;kzp/  
    4.总结 im^I9G  
    `b,g2XA  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !UPAEA  
    ?),K=E+=U  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 KcMzZ!d7m  
    Snvj9Nr  
    X#\P.$  
    QQ：2987619807     %@,:RA\pm  
     
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