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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） zWxKp;.  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 t:m2[U_}  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 i%7b)t[y  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Ly?yW S-x  
    :^mfTj$  
    摘要 YadY?o./  
     wL]7d3t  
    V~y4mpfX  
    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。 Z6<vLc  
    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。 W{\){fr6O  
    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。     ~Tv %6iaeE  
    Az2HlKF"L  
    1. 建模任务 %(`4wo},  
     ]XEkQ  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ K[ZgT$zZ  
    H4'xxsx  
    .'Vjs2 2  
    2. 方法 ]9?_ m@Ihx  
     <tZPS`c'_  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： kI974:e42  
    6g@@V=mf  
     .^^YS$%%7  
    ;b:Ct<  
    rJJI<{$  
    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。 3Q^@ !hu  
    h5 Y3 v  
    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。 ?U]/4]  
     dq?q(_9  
    [o)P  
    9 |Iq&S  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 rvRtR/*?j  
    G0Wzx)3]  
    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。 mqGp]'{  
    { #CyO b4  
    1) 评估最大模式阶数 &$fe%1#  
    .}.5|z} A  
    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： /+ G&N{)k  
    9viQ<}K<  
    *B(na+  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 vkan+~H  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Ml8'=KN_  
    kWL\JDZ`.  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 eRllF` *  
     >S5:zz\  
    z;UkK  
    -\@&^e  
    xz YvD{>  
    2）设置多模高斯光源 _Tyj4t0ElV  
    WF<0QH  
     :g/HN9  
    Qh-k[w0  
    CqDMq!  
    3) 设置优化函数 -\yaP8V  
    b w5|gmO  
    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)。 6/9 A'!4C  
    W&y%fd\&3  
    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。 @AL,@P/9=  
     C( C4R+U  
     5I5~GH  
    Dq+rEt  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 X\\WQxj  
    6l IFxc  
    eFvw9B+  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 0mL#8\'"  
    T$13"?sr=  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 )` S,vF~  
    cYdk,N  
    a. 打开参数优化 r: n^U#  
    %"@KuqV  
    KcP86H52I  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 p_ =^E*J]  
    nGGYKI  
    图2
    J\XYUs  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： mY2 Ubn*  
    y1^<!I  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） t#oJr2  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 [-_u{j  
     ~h?zK 1  
    EP7L5GZ-a  
    图3
    qR!SwG44+  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 dkJ+*L5  
    /r Zj=  
    图4
    xlkEW&N&  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 HgE^#qD?  
    30g-J(Zg  
    图5 hf>JW[>Xo  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： 5[[4A]#T  
    om$)8'A,l  
    图6
    # 9Z];<g  
    4.总结 2J9_(w  
    Q&^ti)vB  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Z1u{.^~^z  
    +mE y7qM  
    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。 Rer\='  
    YmFJlMK  
    QQ：2987619807     4&~1|B{Z  
     
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