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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） ?C[W~m P  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 VT;Vm3\  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 k\qF> =  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 b85r=tm   
    bAsoIra  
    摘要 ~T{^7"q\  
     r}1.=a  
    C`Oc%~UkC  
    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。 X(`wj~45VX  
    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。 zv^km5by  
    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。     |\lsTY&2  
    8)wxc1  
    1. 建模任务 @]rl2Qqe  
     *K<|E15 ,  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 3Dd"qON!  
    w Bi'KS  
    [T(XwA)  
    2. 方法 G=.vo3  
     vH^6O:V  
    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： 'nrX RDb  
    $mV1K)ege  
     -8r';zR  
    .}wVM`81z  
    NM`5hd{  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 gyz#:z$p^  
    )dv w.X  
    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。 rY~!hZ  
     bK\Mn95]  
    LR:v$3 G(  
    cIL I%W1  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 %|tDb  
    G<2OL#Y-  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 %z0;77[1I  
    4Pbuv6`RK  
    1) 评估最大模式阶数 &^v5 x"  
    1kd\Fq^z$  
    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： ]d4`PXI  
    y*BS %xTF  
    [eb?Fd~WB]  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 y&-1SP<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 W7F1o[  
    95wi~^^  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 6/%dD DU  
     ,m`>  
    )}/ ycTs  
    vDeb?n  
    fI_I0dc.p  
    2）设置多模高斯光源 wNk 0F7Ck  
    ,EE,W0/zzM  
     /#lqv)s'  
    0:CIM  
    u%o]r9xl'  
    3) 设置优化函数 DFk0"+Ky  
    lBpy0lo#  
    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)。 Rz #&v  
    u{6b>c|,X  
    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。 THVF(M4v  
     sbju3nvk  
    yGxAur=dE  
    /S9(rI<'  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 /:+f5\"-b  
    XY_zF F  
    :Zs i5>MT  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） M_OvIU(E  
    /.1yxb#Z?,  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 @L9C_a  
    +nz6+{li\  
    a. 打开参数优化 f"{|c@%  
    JNJ96wnX1  
    UdiogXZ  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )F$<-0pT  
    I: L}7uA[t  
    图2
    uZg[PS=@!X  
    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： dr[sSBTY"  
    Fx3CY W  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） U5iyvU=UG  
    -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。 tbH` VD"u  
     ,Vc>'4E-  
    e}PJN6"5  
    图3
    ]UMt  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 h:4Uv}Z  
    F=B[%4q`%  
    图4
    M zRliH8e  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 R [[ #r5q  
    TI<?h(*R_  
    图5 S{0iPdUC  
    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： ev{;}2~V  
    4eRV?tE9  
    图6
    4GN  
    4.总结 '#oNOU  
    ;!C~_{/t  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 gfW_S&&q  
    OxC8xB;`  
    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。 )Z=S'm k4_  
    GBvgVX<  
    QQ：2987619807     l9P=1TL  
     
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