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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） X]tjT   
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ZVVK:d Dgt  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 j!qO[CJJ  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 FSIV\ u  
    tlQ3 BKp  
    摘要 \O^b|0zc  
     6|rqsk  
    T Jp(  
    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。 73rr"> 9#0  
    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。 ul>$vUbyf  
    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。     'kL>F&|  
    `\(Fax  
    1. 建模任务 j#9p 0[  
     /H^=`[Mr  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ P+wV.pF|  
    ~aNK)<Fznd  
    $j)Er.!9|R  
    2. 方法 +kd88Fx  
     mH}/QfUlq  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 8sx\b  
    r,A750P^  
     q!$?G]-%  
    wtndXhVC4>  
    peY(4#  
    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。 "$;=8O5O  
    <}pqj3  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 kb Fr  
     iL)q':xz  
    <:W]uT  
     Ma0_!|i  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 /RT3 r  
    "O<JVC{m  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 Yi1_oe  
     2(YZTaY  
    1) 评估最大模式阶数 |g}! F-  
    Y [0 S  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： C=t:0.:PJ  
    u 3wF)B{  
    /x"gpKwsB  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 qN1(mxa.?  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 gz;().{  
    :=UiEDN@  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 no?TEXp*  
     @sO*O4os>  
    72GXgah  
    ?<YtlqL  
    2[}^ zTtA  
    2）设置多模高斯光源 C eNpJ  
    0cC5  
     mR,p?[P  
     (d |  
    ;``*]tY$  
    3) 设置优化函数 4tz8^z[Kw  
    =3?t%l;n  
    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)。 Oj:O-PtN2  
    6d&BN7B  
    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。 y, tA~  
     ?D/r1%Z  
    0NK]u~T<  
    VHsuC$3W  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 mHE4Es0  
    s1<_=sfnT  
    6A7UW7/  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #IDDKUE  
    [Qa0uM#SU  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 /7De .O~H  
    %;(+s7  
    a. 打开参数优化 F=kD/GCB  
    !!E_WDZ#9  
    f(=yC} si  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 12])``9  
    sTU]ntoQqR  
    图2
    [&k[k)  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： c5>&~^~>Tx  
    "5Bga jrB  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） :!;BOCTYI  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 %4Ylq|d  
     1wmS?  
    z kYl IUD  
    图3
    <~!7?ak  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 KYD,eVQ  
    p+@Wh3  
    图4
    )/PvaL  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 8X][TJG$  
    e2*0NT^R  
    图5 ptQr8[FA  
    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： )I9AF,K  
    ca*USM  
    图6
    4JKB6~Y  
    4.总结 I >k3X~cG  
    d*khda;Vj  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  T/p}Us  
    `0 uKJF g  
    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。 aCcBmc  
    .*:SZ3v  
    QQ：2987619807     {6^c3R[  
     
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