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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） pGJ>O/%  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 }001K  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 /67 h&j  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 =G7m)!  
    `Aw^H!  
    摘要 GFeQ%l`7F  
     -:|?h{q?u  
    $*e2YQdLo  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 p1Jh0o8  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 ,w {e  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     &;^YBW:I  
    SxOC1+Oy  
    1. 建模任务 ,K)_OVB  
     h"X;3b^ m  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,K9*%rW)  
    9oYgl1}d  
    )'l:K.F  
    2. 方法 O(fM?4w  
     "iy  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： qTdheX/  
    RL!Oi|8  
     J]{QB^?  
    &e E=<x  
    ,:%CB"J  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ]A~WIF  
    t{xf:~B  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 rDm~h~u5  
     ^E;kgED5  
    9IjIIM2y  
    S\:P-&dC  
    3. 在VirtualLab中的过程操作  _zY# U9  
    |2O]R s  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 2BQ j  
    tr<Nm6!  
    1) 评估最大模式阶数 iW$_zgN  
    J\+0[~~  
    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： ((H^2KJn  
    zZL6z4g  
    3@kf@ Vf  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 I(i}c~ R  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 a =J^  
    TrlZ9?3#D  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 cz >V8  
     2;k*@k-t  
    JZ)RGSG i  
    m8A#~i .  
    94h]~GqNi  
    2）设置多模高斯光源 -.1y(k^4E  
    gwLf'  
     `F-/QX[:  
    J?V?R  
    i6^twK)j  
    3) 设置优化函数 (/=f6^}  
    A 9( x  
    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)。 /KFfU1  
    } df W%{  
    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。 }q_<_lQ  
     PC~Y8,A|.t  
    y&6FybIz  
    WffQ:L?  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 <f ZyAa3}  
    WJQvB=D&  
    S=MEG+Ad  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） t_o['F  
    tI`Q/a5@  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 x3hB5p$q  
    52%2R]G!  
    a. 打开参数优化 QX!-B  
    UbXh,QEG*  
    dzARI`  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (/z_Q{"N  
    x.]i }mt  
    图2
    )B T   
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： xe]y]  
    (SWYOMo"  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ),0g~'I~D  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 3-[q4R  
     {>}!+k -`  
    B~6&{7 xc%  
    图3
    ;ic3).H  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 g,Lq)'N;O  
    .I7pA5V{#  
    图4
    2a-w% (K  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 EMh7z7}Rr  
    :G [|CPm-  
    图5 /$ w%Q-p  
    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： ,`|3KE9  
    &:;:"{t}Do  
    图6
    hB "fhX  
    4.总结 Sxnpq Vbk  
    &b.=M>\9Q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 v:f}XK<  
    n D0K).=Q  
    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。 ?8I?'\F;  
    o\[~.";Z  
    `[z<4"Os   
    QQ：2987619807     &4{KV.  
     
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