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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） mT;1KE{J{  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 LuS] D%  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 MoN;t;  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 X#<#7.  
    -"iGcVV  
    摘要 QfJ?'*  
     [G^ir  
    m]J Z@  
    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。 R_ojK&%  
    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。  :\1:n  
    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。     w? A&XB+  
    !L"3Otd  
    1. 建模任务 EUj'%;s z-  
     +rbj%v}Fh  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ;w@PnY  
    GcQO&oq|  
    b(dIl)Y4 :  
    2. 方法 JK.lL]<p i  
     rxQn[  
    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： S+A'\{f  
    ig^9lM'  
     =jjUwcl  
    dL'hC#!h  
    l?v-9l M  
    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。 KK`P<^8J  
    iIu  
    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。 VZ{aET!  
     Yw<K!'C  
    dIe-z7x  
    RG|]Kt8  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 l2KR=& SX/  
    GQoaBO.  
    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。 1SeDrzLA  
    .?9+1.`  
    1) 评估最大模式阶数 l@nkR&4[  
    TLzg*  
    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： v:(_-8:F  
    N7k<q=r-  
    w~QUG^0Fx  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 O`U&0lKi'  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 @47MJzC  
    o0^'x Vv  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 'x BBQP  
     !EuU @ +  
    H[ocIw  
    JzMPLmgG/  
     FqAW><  
    2）设置多模高斯光源 Q^4j  
    Ks:~Z9r}  
     2628 c`  
    fQc2K|V  
    #bgW{&_ y  
    3) 设置优化函数 T (]  
    C72?vAc,F  
    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)。 kxp$Nnk  
    JyWBLi;Z  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 O{rgx~lLJt  
     _In[Z?P}  
    '`$a l7D  
    B) J.(k`p  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 My0h9'K  
    SC)4u l%  
    /\*,|y\<  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） c)gG  
    K-F@OSK'  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 9B")/Hz_  
    Ffk$8"   
    a. 打开参数优化 h[72iVn  
    ork/:y9*y  
    V`?2g_4N  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 WJCEiH  
    4 F~e3  
    图2
    gE%{#&*  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ~fB}v  
    L {(\k$>'  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ) \Mwv&k1  
    -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。 | iEhe  
     mz@`*^7?  
    ]C^D5(t/cd  
    图3
    [?VYxX@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 }q9;..oL  
    yHkZInn  
    图4
    p% ESp&  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 4&;.>{ :;  
    :L<$O7  
    图5 @sv==|h  
    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： 2P`QS@v0a=  
    -=,%9r  
    图6
     0 (jb19  
    4.总结 I9P< !#q>  
    2MwR jh_  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 dk~h  
    l^4[;%*f#l  
    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。 'bp*hqG[  
    =ZM#_uW  
    ^G%Bj`%  
    QQ：2987619807     gv$6\1  
     
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