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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） NGYliP,.6  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 k=w;jX&;`  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 1I({2@C  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 }e3M5LI1L  
    ~wnTl[:  
    摘要 W{E2 2J}  
     Pn@k)g  
    J ytY6HF  
    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。 /dTy%hZC}  
    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。 .DSn H6O  
    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。     Xx{ho 4qq  
    >Gbj1>C}  
    1. 建模任务 F#=XJYG1  
     gfQ&U@N  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ -r/G)Rs  
    9k\`3SE  
    }.Eq_wP<  
    2. 方法 B{|g+c%  
     | \Nj  
    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： a%*l]S0z"  
    "=4`RM  
     pAS!;t=n,  
    Z J(/cD  
    "bZV<;y6  
    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。 $q*kD#;mh  
    h&4uf x6  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 V~LZ%NZ8  
     L(!4e  
    _3$@s{k-TI  
    8+vZ9!7  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 )#-27Y  
    2}j2Bhc  
    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。 Li ,B,   
    mhTpR0  
    1) 评估最大模式阶数 C("PCD   
    b ABx' E  
    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： H"(:6 `  
    &SS"A*xg  
    Du3OmXMk  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 zM6 yUEg  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~^/zCPy[w  
    Cpaeo0Oq  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 >Bp%~8f  
     L/(e/Jalg  
    !- f>*|@  
    }C>Q  
    8>x.zO_.c>  
    2）设置多模高斯光源 zi:F/TlUC  
    ,oe e'  
     U`q[5U"  
    E%ea o$  
    bHlG(1uf  
    3) 设置优化函数 EQPZV K/  
    AIsM:sV]  
    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)。 +C7 1".i-  
    Pg[zRRf<  
    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。 ^ )N[x''a  
     Bc}<B:q%b  
    P Y +~,T2  
    >V(>2eD'S  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 :NU-C!eT  
     N>`+{  
    wo2^,Y2z+  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） TI}H(XL(  
    Y0BvN`E  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 lp[3z& u  
    4,9AoK)yp  
    a. 打开参数优化 n? "ti  
    qGkrG38K  
    (PGmA>BT  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 x6HebIR+  
    X@+:O-$  
    图2
    m6V1m0M  
    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： rP ;~<IxEr  
    HY#7Ctn3  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ,r5<v_  
    -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。 9CJUOB>]  
     vVyO}Q`  
    B0=:A  
    图3
    GG"0n{>0  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 7^sU/3z  
    0vG}c5;F  
    图4
    OfTcF_%  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 *p?b"{_a  
    ==x3|^0y  
    图5 CkoPno  
    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： sxL;o >{  
    ~ p; <H  
    图6
    X1<)B]y  
    4.总结 37p0*%a":  
    !Go(8`>  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 e"r'z n  
    v ;MI*!E  
    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。 /p\Ymq  
    2?t(%uf]  
    QQ：2987619807     x|0Q\<mEe  
     
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