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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） Ca\6vR  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 %)n=x ne  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 .(vwIb8\_  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 D{!IW!w  
    v0y(58Rz.  
    摘要 j.YA 2mr  
     NVs@S-rpX  
    #;<Y[hR{P  
    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。 OJxl<Q=z  
    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。 v>56~AJ  
    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。     ~XIb\m9H  
    D,6:EV"sa  
    1. 建模任务 /<3UQLMa  
     @XVTU  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ cnLro  
    Wjc'*QCPl  
    tVjsRnb{  
    2. 方法 d'2A,B~_*  
     (w{j6).3Dj  
    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： y}H!c;  
    qWw=8Bq  
     YzWz|  
    Q.[0ct  
    Z ]ONh  
    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。 NO3/rJ6-  
    *`U~?q}  
    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。 Z{R>  
     o}!PQ#`M  
    5)E @F9N  
    U~8g_*  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 [!z,lY>  
    If.r5z9  
    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。 n|;Im&,  
    % `3jL7|  
    1) 评估最大模式阶数 ]{iQ21`a-  
    :%.D78&  
    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： 5m*,8]!-  
    Vc2`b3"Br  
    A's{j7  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 hQ i2U  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 B3BN`mdn>  
    l\mPHA23  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 nlYNN/@"  
     &vJH$R  
    ]! dTG  
    ;fJ.8C  
    "8RSvT<W^5  
    2）设置多模高斯光源 OH88n69  
    q@qsp&0/  
     ~V-XEQA  
    g ?k=^C  
    <m m[S  
    3) 设置优化函数 z}@7'_iJ  
    `g,..Ns-r  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 N$DkX)Z  
    #?E"x/$Y6  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 p[-O( 3Y  
     :svq E+2  
    +:f"Y0  
    KP"+e:a%  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 U17d>]ka  
    yr6V3],Tp  
    <[phnU^ 8  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） %$I;{-LD  
    nu^436MSOa  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 y2v^-q3  
    F:VIzyMq<  
    a. 打开参数优化 4W])}C %  
    !W\+#ez  
    SKtrtm  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 #ABCDi={zA  
    v^iAD2X/F  
    图2
    s.#`&Sd>  
    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： 92c HwWZ!  
    omFz@  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） @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。 B1gR5p0  
     @L`jk+Y0vF  
    ,I9bNO,%JK  
    图3
    5tnlrqC  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 fOHxtHM  
     bLL2  
    图4
    us.~G  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 QnDg 6m)+  
    D=$)n_F  
    图5 =*Lfl'sr_  
    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： ~rm_vo  
    [KQi.u  
    图6
    C^){.UGmJ  
    4.总结 I'Hf{Erw  
    ~~.}ah/_d  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 b$7 +;I;  
    {vj)76%y  
    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。 YR70BOxK  
    [ )F<V!  
     \*da6Am  
    QQ：2987619807     iCoX& "lb  
     
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