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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） mfr|:i  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 eR>oq,  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 g_bLl)g<  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 i ct])  
    _[BP 0\dPW  
    摘要 J&_n9$  
     PJ#,2=n~  
    ,P0) 6>  
    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。 wCBplaojJ  
    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。 TWTb?HP  
    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。     m&3xJuKih  
    "{t$nVJ  
    1. 建模任务 YmG("z  
     "AqB$^S9t  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ DEgXQ[  
    Ewz!O`  
    HoAy_7-5  
    2. 方法 A#,ZUOPGH  
     c+ie8Q!  
    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： 2\$oV  
    %BODkc Zh  
     ca9X19NG  
    sLk-x\P]|  
    DY*N|OnqJ  
    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。 ]?4hyN   
    |.dRily+  
    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。 6S #Cl>v  
     l[J8!u2Xp  
    i6Gu@( 8Q  
    /-s6<e!  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 r JB}qYD  
    /dHF6yW  
    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。 xIn:ZKJ'  
    5)40/cBe  
    1) 评估最大模式阶数 {;oPLr+Z  
    W,u:gzmhw  
    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： 7+*WH|Z@  
    "@n%Z  
    ,!9zrYi}  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 `D9$v(Ztr  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j<$2hiI/?&  
    jEwIn1  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 h+,@G,|D  
     !R$`+wZ62  
    F0# 'WfM#  
    \2z>?i)  
    [F7hu7zY8  
    2）设置多模高斯光源 Ys7]B9/1O  
    ?7A>+EY  
     d(K +);!  
    ,x$,l  
    a'T;x`b8U,  
    3) 设置优化函数 4M T 7`sr  
    fqd^9wl>P6  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 XPPdwTOr  
    gG uO  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 .\mj4*?/  
     S jj6q`  
    p7 ~!z.)o  
    k:%%/  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 l-3~K-k<@  
    xD7]C|8o  
    + T+#q@  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） _0I@xQj-  
    Y0> @vTUX  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 zm#  ?W  
    qgB_=Q#E  
    a. 打开参数优化 [>9is=>o.  
    x1<|hTPk  
    YkADk9fE  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 }0 ?3:A  
    }B^tL$k  
    图2
    z9"U!A4  
    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： iRBfx  
    ` %}RNC  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） UZ";a453r  
    -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。 mZBo~(}  
     @+DX.9  
    3$/IC@+  
    图3
    1Ws9WU  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 MfkZ  
    z!\*Y =e  
    图4
    v^P O|Z  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 #z42C?V  
    "jCu6Rjd  
    图5 c",*h  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： ,z6~?6m  
    0 "#HJA44  
    图6
    0{mex4  
    4.总结 DNi+"[~&P  
    ! P4*+')M  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !m$jk2<  
    8k79&|  
    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。 <N @Gu!N8  
    ]'S^]  
    !9x}  
    QQ：2987619807     xD$\,{  
     
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