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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） iD(+\:E  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 [ U`})  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ;+Sc Vz  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 3 {OZdl|  
    z0F'zN 3J  
    摘要 {[[j.)  
     aSEzh7 8  
    z]V%&f  
    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。 ]nQC  
    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。 a*N<gId  
    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。     wRCv?D`vV  
    * ak"}s  
    1. 建模任务 U 6`E\?d`  
     P-LdzVt(^  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ bpaS(nBy  
    = a54  
    RHj<t");  
    2. 方法 wc~k4B9"  
     lDf:~  
    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： pN-c9n4#j  
    p(6!7t:  
     uupfL>h  
    xU(yc}vw,  
    ){M)0,:  
    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。 5n#@,V.O/  
    iqAME%m  
    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。 `U6bI`l  
     g-O}e4  
    QP={b+8  
    i4g99Kvl  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 47 |&(,{  
    bi<?m^j  
    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。 0'nY  
    w"/RI#7.  
    1) 评估最大模式阶数 Uoqt  
    E==vk~cz  
    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： ](tv`1A,Wd  
    Xt%>XP  
    slRD /  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1  0%OV3`  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 C0#"U f  
    lr-:o@q{  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 meM61ue_2  
     SBog7An9SI  
    'H|=]n0  
    uHu(   
    W%&'EJ)62  
    2）设置多模高斯光源 Au[H!J  
    XL2iK)A  
     uNS ]n}  
    r_?il]l  
    5:6]ZFW  
    3) 设置优化函数 15L0B5(3  
    $=rLs)  
    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)。 S mjg[  
    $Eh8s(  
    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。 tiHP? N U  
     4Px  
    <RPy   
     $% 5f  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 LI/;`Y=  
    Ej7>ywlW  
    _5l3e7YN  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） yG%<LP2p@f  
    l;'#!hC)  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 szG0?e  
    >~)IsQ*%  
    a. 打开参数优化 RbA.%~jjx*  
    =3= $F%  
    x O gUX6n  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 @b,&b6V  
    {;[W'Lc  
    图2
    :!nBTw  
    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： KfkE'_ F  
    %J%ZoptY:  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） X1GpLy)p  
    -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。 WG\gf\=I  
     F>!gwmn~  
    BMlu>,  
    图3
    ]Y%U5\$  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 $,v[<T`  
    JRT,%;*,  
    图4
    }M+2 ,#l  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 g\O&gNq<)-  
    v?S~ =$.  
    图5 LG6k KG  
    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： ( 8}'JvSu  
    y7x[noGtR  
    图6
    #vnJJ#uI|>  
    4.总结 2-#:Y  
    LNR~F_64Q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 SFdSA4D"  
    `OP?[ f d  
    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。 zC[lPABQ  
    .xIu  
    QQ：2987619807     ^3:y<{J  
     
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