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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） ja|XFs~  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 AcCM W@e  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 VN[i;4o:|  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 f8X/kz  
    D|BP]j}6  
    摘要 M_monj}Z  
     y9'F D5\s  
    kn1+lF@  
    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。 h1uD>heGl  
    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。 ko<iG]Dv'  
    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。     D8I)3cXa'  
    D_MNF =7  
    1. 建模任务 `9yR,Xk=l  
     |}y6U< I  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ *E-VS= #  
    FeM,$&G:  
    7Yjxx+X9  
    2. 方法 9X2 lH~C  
     c6NCy s  
    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： {<_9QAS  
    e2xqK G  
     /\B[lRn  
    LN?b6s75U  
    +v}R-gNR  
    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。 nPj/C7j  
    :i24 @V~){  
    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。 |UO&18Y7-  
     &3;yho8v@  
    ?-e'gC  
    9u\&kQxqD  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ^9Je8 @Yu  
    }813.U  
    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。 `Y`QxU!d%  
    H@8g 9;+  
    1) 评估最大模式阶数 # Y*cLN`Y7  
    @e/40l|X  
    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： L,F )l2  
    "w\Iz]  
    zFtwAa=r  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Wo^r#iRko  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 )n[ oP%  
    $ZPiM  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Bi +a)_K  
     sDH|k@K  
    AjQ^ {P  
    AwKxt'()^  
    z <"7vR  
    2）设置多模高斯光源 5[Ryc[  
    Bkn- OG  
     c9dH ^t  
    f]BG`rJX  
    &!3=eVg  
    3) 设置优化函数 ,cvLvN8  
    _faI*OY8  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 SRN:!-  
    "$Wi SR  
    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。 jaAv_=93f  
     jG3}V3|.  
    R; X8%'   
     +McKyEa  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 I [J0r  
    %^l77 :O  
    }[u9vZL  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） |f^/((:D  
    0 mWfR8h0  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 m<BL/ 7  
    H7e/6t<x  
    a. 打开参数优化 >8 V;:(nt  
    F*QD\sG:  
    sX3Vr&r  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 v UAYYe  
    [|2uu."$  
    图2
    eB:obz  
    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： N1UE u,j  
    : 5@cj j  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） U/M(4H3>H  
    -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。 WT!8.M;Kv  
     ^c1I'9(r5  
    C"/]X  
    图3
    j=)%~@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 (~TP  
    }Kq5!XJV9C  
    图4
    Uq/(xh,t5  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 l%"eQ   
    /n7F]Ok'*  
    图5 "w`f>]YLA  
    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： 0.nS306  
    &_&])V)<\S  
    图6
    `^s(r>2  
    4.总结 ?Z] }G  
    J%xp1/= 2  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ..7"&-?g{4  
    c?d+>5"VX  
    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。 5/mW:G,&  
    O#7fkL  
    QQ：2987619807     K+H?,I  
     
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