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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） A5B 5pJ  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 980[]&(  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ka*VQXk*  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ^vJ08gu_W  
    r'k-*I  
    摘要 E#8`X  
     's!EAqCN  
    ogDyrY}]  
    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。 i%v^Zg&FU  
    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。 y}nM'$p  
    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。     0.bmVN<  
    4s.wQ2m  
    1. 建模任务 =-`X61];M  
     yz,ak+wp  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ }=;N3Q" #y  
    Vad(PS0  
    -9vAY+s.  
    2. 方法 /Y%) Y  
     @U:WWTzf  
    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： HO}aLp  
    q1`uS^3`  
     F2OU[Z,-]  
    Z9 }qds6 y  
    =}u;>[3  
    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。 }a-ikFQ]  
    $A8eMJEpL  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 J6rXb ui$  
     x(}@se  
    b{(!Ls_ &  
    \d]&}`'4{f  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 <o^mQq&  
    "n:L<F,g  
    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。 * vEG%Y  
    >0T0K`o  
    1) 评估最大模式阶数 u,4,s[  
    SL>>]A,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： !V7VM_}@Y  
    ~)Ny8Dh  
    GVCyVt[!-  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <@ (HQuL#  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 pcoJ\&&W  
    Jel%1'Dc^  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 |#f P8OK  
     6@; w%Ea  
    x !]ZVl]  
    SDcD(G  
    %pe7[/  
    2）设置多模高斯光源 qA Jgz7=c  
    E':y3T@."  
     h:Npi `y  
    =HYMX "s  
    Op\l  
    3) 设置优化函数 5 -5qm[.;  
    6pxj9@X+  
    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)。 OKxPf]~4E  
    C(7LwV  
    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。 `{ou4H\  
     sW@4r/F>:D  
    3QM.X^ANH  
    r]kLe2r:B  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 <b{Le{QJ*  
    }NiJDs  
    71w  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） e J2wK3R  
    T1\.~]-msb  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 %l5Uy??Z  
    #0hX)7(j  
    a. 打开参数优化 b?h"a<7  
    8.'%wOU @A  
    &&Vz=6N  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 CYes'lr  
    c R[DT04  
    图2
    V)_mo/D!D  
    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： ! FhN(L[=j  
    w3fi2B&q  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） gMFTZQsP  
    -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。 pU<->d;->  
     +Y'(,J  
    pc:~_6S  
    图3
    $NT{ssh  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +wS?Z5%mU  
    rP^2MH"  
    图4
     ceyZ4M  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 5lVDYmh  
    ,^`+mP  
    图5 f.,S-1D]h  
    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： KR?-<  
    GyRU/0'BME  
    图6
    %h2U(=/:  
    4.总结 pN1W|Wv2  
    FgKDk!ci  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  G\ru%  
    }Q/xBC)  
    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。 @0-<|,^]  
    OqHD=D[  
    QQ：2987619807     ?.,..p  
     
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