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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） ?NvE9+n  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Ov4=!o=  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 O S#RCN*  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 SrGJ#K&%  
    ]1eZ<le`6  
    摘要 qu!x#OY+  
     um%s9  
    5!pNo*QK  
    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。 n2:Uu>/  
    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。 T tnJ u*  
    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。     ;#+I"Ow  
    2 E?]!9T~|  
    1. 建模任务 xFJT&=Af W  
      !VXy67  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ wkx#WC  
    C1(RgY|  
    %Pl |3i  
    2. 方法 c}|} o^  
     4^k8| # 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： /reGT!u  
    y+=s/c  
     q(WGvl^r  
    #xq3 )B  
    F_i"v5#  
    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。 G$)tp^%]  
    ZoYllk   
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 9V~hz (^  
     6xY6EC  
    qrjSG%i~J7  
    !)CY\c4}d>  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 B5h)F> &G  
    MxUQF?@6  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 GT80k]e.  
    VC_F Cz  
    1) 评估最大模式阶数 ("{vbs$;  
    c6=XJvz  
    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： -e?n4YO*\  
    [6 "5  
    N})vrB;1  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 N)a5~<fBG  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~p:hqi1+<+  
    #;lEx'lKN  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 M?;YpaSe+  
     6i~<,;Cn  
    .W$9nbly  
    44t;#6p@%>  
    Oiqc]4TL  
    2）设置多模高斯光源 *b!.9pK  
    PR AP~P&^  
     44w "U%+  
    !>wu7u-  
    9eE FX7  
    3) 设置优化函数 WX`wz>KK^  
    ~(NFjCUY?  
    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)。 8Fbt >-N<\  
    wr(*RI"  
    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。 O3d Qno  
     jq_4x[  
    *lu*h&Y  
    7:=(yBG  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 +afkpvj8  
    0B2f[A  
    ACFEM9 [=  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） u[4h|*'"|  
    y5D3zqCG  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 O-pH~E  
    3j[<nBsn.  
    a. 打开参数优化 $GQEdVSNo  
    G9#3 |B-?  
    M\Wg|gpy  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 .:B0(4Mj  
    "jq6FT)O  
    图2
    >* F#ZZv}p  
    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： Qw_> l}k/  
    .<YfnW5/K  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） o)CW7Y#?,  
    -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。 (y\.uPu!  
     )(1tDQ`L>  
    t:,lz8Y~  
    图3
    7s{['t  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 V' i@N  
    BvHI}=  
    图4
    y]!mN  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 hh.`Yu L  
    bGwj` lue  
    图5 mZ3Z8q}%P  
    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-'Z.[ImB?  
    OMab!  
    图6
    ]D^; Ca  
    4.总结 v0;dk(  
    Xg;<?g?k  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 %+;amRb  
    )U0I|dx  
    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。 #k!;=\FV  
    yV6U<AP$3  
    QQ：2987619807     i\4dd)p-  
     
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