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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） {P&^Erx  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 AX+d?M  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 m+vEs,W.  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 0K ?(xB  
    n^N]iw{G  
    摘要 ozLJ#eOE9  
     wVDB?gy%#  
    T;@>O^  
    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?>T"nV +'  
    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。 or}*tSKX  
    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。     P-[K*/bPw  
    Kdu\`c-lB  
    1. 建模任务 G4' U;  
     "Q{~Bj~  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ A@(h!Cq  
    aa8Qs lm  
    ,hLSRj{  
    2. 方法 "R@N|Qx'  
     W"(`n4hi3  
    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： mwH!:f  
    1Uk~m  
     #J724`  
    xY2_*#{.  
    8? Wxd65)  
    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。 siYRRr  
    2Fgt)`{!  
    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。 AYIz;BmWy  
     J+jmSK%z  
    D1~x  
    p''"E$B/(  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 @B[Cc`IN"  
    ~49N  
    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。 S?\hbM]V-o  
    AAq=,=:R<  
    1) 评估最大模式阶数 #0hNk%X=  
    &4&33D  
    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： UXPegK!  
    !L. K)9I  
    F] ?@X  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 {lTxB'W@d  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Yz-JI=  
    <o!&Kk9  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 |"YA<e %  
     30 [#%_* o  
    'nWs0iH.  
    51G=RYay9  
    ct}%Mdg  
    2）设置多模高斯光源 u}}9j&^Xa  
    ] @)!:<+  
     gFs/012{  
    H >:4MY  
    daB l%a=  
    3) 设置优化函数 %7v@n+Q  
    Bug}^t{M  
    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)。 9#&W!f*qO|  
    %8bzs?QI  
    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。 juMxl  
     6`qr:.  
    8VuZ,!WH#  
    )?B~64N,+  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Yn4)Zhkk  
    inPE/Ux  
    w3=)S\  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 8wX+ZL: 9  
    xY2}Wr j,  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 -jxWlO  
    FE+7X=y  
    a. 打开参数优化 n</k/Mk}  
    5:%..e`T  
    7Aio`&^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 }KA-t}8  
    z|3`0eWIG  
    图2
    *M wfod  
    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： X a"XB  
    xvR?~  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） T9z4W]T  
    -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。 .]j#y9>&w%  
     \D,M2vC~G  
    qRPc %"  
    图3
    8 "_Bq  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 H DF"]l;  
    =[P%_v``  
    图4
    ,u}<Ws8N  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 S5~`T7Ra  
    |66m` <  
    图5 6z#lN>Y-`  
    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： h; 'W :P  
    T-9k<,>?  
    图6
    D =r-  
    4.总结 J>=1dCK  
    $D QD$  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 T8$%9&j!UE  
    >|a\>UgC  
    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。 -3.UE^W2  
    /Hv* K&}M  
    QQ：2987619807     Hp\Ddx >Jd  
     
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