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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） _t;VE06Xjs  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 :9 iOuu  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 8!%"/*P$  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 AW&s-b%P  
    >.wd)  
    摘要 I.0P7eA-  
     W]}V<S$  
    = 4WZr  
    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。 U6'haPlOk%  
    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。 ApJf4D<V  
    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。     {i}Q}OgYq  
    G1^!ej  
    1. 建模任务 jzA8f+:q  
     hGo|2@sc  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 8Pdnw/W  
    DD$P r&~=  
    cA SHgm  
    2. 方法 Hh;6B!zb+  
     {BCj VmY  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： =egi?Ne  
    jsaCnm>&  
     ZpctsCz]  
    10 H!  
    jL%}y1m?  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 yj+b/9My   
    )9jQ_  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Jb.u^3R@  
     |< FCt-U  
    dsZ ( D:)  
    PQ"%Z.F"  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Bg0cC  
    G(\1{"!  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。  de47O  
    .) ;:K  
    1) 评估最大模式阶数 A y[L{!)2{  
    T|2%b*/  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： _:p_#3s$  
    j4r,_lH^r  
    6MNA.{Jdd  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *9(1:N;#  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 PM>XT  
    ,4W((OQ^  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 @5G7bY7Nz  
     &E`Z_} ~  
    Hll}8d6[  
    &*GX:0=/>  
    X )s7_  
    2）设置多模高斯光源 V>92/w.fe  
    r+p jv_R  
     X hX'*{3k  
    %<|KJb4?  
    <uwCP4E  
    3) 设置优化函数 {leG~[d  
    "q/M8  
    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)。 wR$8drn]Rq  
    _N';`wjDY  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 XqH<)B ]  
     aW$nNUVD  
    lB~'7r`  
    l8Qi^<i/  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 q#3X*!)  
    1^^D :tt  
    ta., 4R&K  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） M)^9e?  
    1u+ (rVQN  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 H5 hUY'O  
    %pQ o%<d  
    a. 打开参数优化 gjLgeyyWC  
    @0'|Uygn  
    ACltV"dB^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 <j3HT"^[D  
    p;=(-4\V}  
    图2
    9'h^59  
    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： c (8J  
    j)qh>y)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） M[_I16s  
    -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。 V/}8+Xq  
     AI;=k  
    TJ:Lz]l >  
    图3
    26K~m@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 k"{U}Y/}  
    9(j!#`O7&  
    图4
    p n>`v   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  +'.Q-  
    wwn}enEz,x  
    图5 ]!:Y]VYN)\  
    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： We?:DM [  
    Dx'e+Bm  
    图6
    X&Lt?e,&  
    4.总结 &[5az/Hj*  
    a"aV&t  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 K_n%`5  
    j3&*wU_  
    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。 musxX58%  
    5K{h)* *5  
    QQ：2987619807     e*H$c?7NL  
     
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