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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） \oV g(J&o  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ,mvU`>Ry  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 %b3s|o3An  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 F */J`l  
    >Byxb./*  
    摘要 -x0u}I  
     aiwKkf`\  
    ]=T-C v=t  
    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。 @xPWR=Lb  
    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。 HF]|>1WV[  
    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。     (GDW9:  
    r2xIbZ  
    1. 建模任务 S,2{^X  
     o" e]9{+<  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ qHra9yuSh  
    GUdVsZjz(  
    ?LA` v_  
    2. 方法 /4#A|;d_  
     Pa\"l'!>^  
    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： m?pm)w  
    H.]rH,8  
     _|vY)4B 4U  
    ^|ln q.j  
    U8R*i7  
    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。 gOKF%Ej31T  
    )l"py9STF  
    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。 w>Y!5RnO  
     Jde@T h  
    A1V^Gi@i  
    }2~$"L,_  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 %cFqD &6  
    q[MZSg  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 qA5PIEvdq  
    sAfNu~d  
    1) 评估最大模式阶数 Y>2kOE  
    s'yT}XQ;r  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： !;s5\91  
    ]B3\IT  
    >7I"_#x1:  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 W"*~1$vf  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 h;?H4j  
    |?/,ED+|>D  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 LyWgaf#/d  
     t }q \.  
    [$AOu0J  
    @eU5b63jM  
    TIre,s)_  
    2）设置多模高斯光源 N=@Nn)  
    A~MIFr/8  
     1a>TJdoa  
    X|Z2"*;b`  
    qrZ*r{3  
    3) 设置优化函数 /yNLFL"  
    Y+0HC2(o  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 t1MK5B5jH  
    mx;1'!'fr  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 2E*h,Mo  
     g;G]Xi.B}  
    C3>`e3v  
    oZSPdk  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 7ajkp+E6  
    _@:O&G2nB  
    &D*22R4{CX  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） +Ssu^ >D  
    JuTIP6 /G  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 #<EMG|&(  
    D*o5fPvFO  
    a. 打开参数优化 * j]"I=D  
    9E-]S'Z  
    ?KMGk]_<  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 2~(\d\k  
    rVF7!|&  
    图2
    mO(A'p "b  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Os>^z@x  
    L92vb zP  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） C6ry]R@  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 QssU\@ / Q  
     FhVoN}  
    .qGfLvx%  
    图3
    h}knn3"S  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 (+lCh7.  
    6h%_\I.Z[[  
    图4
    CPt62j8  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 `D~wY^q{  
    I("lGY  
    图5 0AWOdd>.  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： Kp)H>~cL  
    .Qz412  
    图6
    t+<?$I[  
    4.总结 M'-Z"  
    3:~ *cU  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 u/>+cT6}  
    Y `ySNC  
    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。 (dgBI}Za  
    ~D1&CT#s  
    QQ：2987619807     5%1a!M M M  
     
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