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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） ~%SmH [i  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 9g*O;0uz  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 -6 WjYJx  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Q5[x2 s_d  
    C$"N)6%q  
    摘要 sK)fEx  
     ~UrKyA  
    1u?h4w C  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 ]} D^?g^  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 )-98pp7~BB  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     !n;0%"(FH  
    rF9|xgFK  
    1. 建模任务 MQs!+Z"m>  
     w %4SNR  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Ban@$uf  
    nWfzwXP>_  
    bjn: e!}  
    2. 方法 9CBKU4JQ  
     Hrjry$t/J  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： D-{;;<nIr`  
    t0*kL.  
     |PGF g0li  
    (`W_ -PI  
    iA~LH6  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 `,lm:x+(0  
    [ B{F(~O  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 [Lck55V+Q  
     z7vc|Z|  
    0bG[pp$[  
    ~]sj.>P  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 oo+i3af&7  
    BiFU3FlTf  
    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。 KT5amct  
    {gL8s  
    1) 评估最大模式阶数 XmZs4~\K$G  
    0V RV. Ml  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： QN4{xf:}S  
    oI\ Lepl*  
    EZ,Tc ;f=  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 CP]nk0  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 0oNNEC  
    '99rXw  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ]\ ~s83?X  
     _4#Mdnh}[  
    Yvi.l6JL  
    ABx< Ep6  
    `EXo=Dqc  
    2）设置多模高斯光源 w3 n6md  
    ?|i C-7{8L  
     *VUD!`F  
    A#o ~nC<  
    ?[Sac]h ys  
    3) 设置优化函数 {yzo#"4Oy  
     YW14X  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 +YJpVxYmZ  
    Ad}Nc"O  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 gLDO|ADni  
     q`Rc \aWB%  
    N*1{yl76x  
    9ZD>_a  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 U/#X,Bi~  
    ;aj4V<@  
    Jkx_5kk/\  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） *'-[J2  
    J16t&Ha`  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 7DZZdH$Fm  
    Y 9}ga4  
    a. 打开参数优化 Al MMN"j  
    (v,g=BS,  
    (y^svXU}a  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 1 u~Xk?  
    F(; =^w  
    图2
    kgb:<{pJ  
    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： T5_/*`F  
    z%q)}$O  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Op_(10|  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 WvoJ^{\4N*  
     !hugn6  
    H3xMoSs  
    图3
    s~NJy'Y  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 "$I8EW/1  
    ,%T sfB  
    图4
    t" $#KP<  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6no&2a|D  
    BhzcimC)  
    图5 ?:Sqh1-z  
    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： =c ;.cW  
    )i^ S:2  
    图6
    [9C{\t  
    4.总结 u.@B-Pf[Eo  
    1>=]lMW  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 j,79G^/YG  
    p f`vH`r  
    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`X}&(O  
    ce<88dL  
    Zs|m_O G  
    QQ：2987619807     bO'?7=SC  
     
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