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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） e0Cr>I5/e  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 vY0C(jK  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 zim]3%b*A;  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 .q$HL t  
    9r=@S  
    摘要 ;S5*n:d  
     j3jf:7 /\  
    NPy{ =#k4  
    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。 1^ZQXUzl%i  
    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。 $BKGPGmh  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     v1%rlP  
    ieXhOA  
    1. 建模任务 :fz&)e9  
     G,I[zhX\  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ I) Y ^_&=  
    d~@&*1}  
    ZLw7-H6Fh  
    2. 方法 yo]!Zn  
     8wz%e(  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： !N:!x[5  
    '0)a|1,  
     qD Z?iTHQq  
    #ky]@vyO  
    }z:g}".4  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 <+@?V$&  
    dYV'<  
    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。 H1X38  
     t"Ok-!c|  
    QSPneYD  
    COPH)Bdq.  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 6p`AdDV  
    4#Wczk-b  
    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^DS~CrM  
    Si#I^aF`%  
    1) 评估最大模式阶数 `F5iZWW1  
    1Q1NircJ  
    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： dU%Q=r8R  
    \|9@*]6:  
    j}R!'m(P'  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +k|t[N  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ParOWs~W/  
    88(h`RGMh  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 *6D0>F  
     [@d$XC]Qz  
    5u +U^D  
    \; ! oG  
    .%)FK#s-  
    2）设置多模高斯光源 -U/"eVM  
    |hBX"  
     h8@8Q w  
    Sq^f}q  
    A;~lG3j4  
    3) 设置优化函数 ?blF6Kl$  
    j\l9|vpp  
    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)。 .^6;_s>FN  
    'p<lfT  
    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。 jo 0 d#  
     sXHrCU  
    Yd]y`J?#  
    On x[}x  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 So>P)d$8+  
    qxS=8#-`(  
    ct,B0(]  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ~ [L4,q  
    xs+pCK|  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 #ra"(/)  
    2d:<P!B  
    a. 打开参数优化 7|4t;F!  
    J2A+x\{<  
    { FVLH:{U^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 "|P8L| @*  
    wdS4iQD  
    图2
    lAjP'(  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Qtj.@CGB  
    ZH'- >/  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） n^F:p*)Q%  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Yq~$Q4  
     *12,MO>go  
    UjCQ W:[  
    图3
    .m--# r  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 qKoD*cl)Za  
    .|>zQ(7YC  
    图4
    f#4,2Xf  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 `PML 4P[  
    tA#7Xr+  
    图5 I*,!zym  
    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： fTQ_miAlP  
    hf5yTs  
    图6
    \HR<^xY  
    4.总结 PL+r*M%ll  
    [C1 .*Q+l  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 5:3%RTLG  
    <{$0mUn;s|  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 {+D 6o  
    =Xwr*FTr  
    QQ：2987619807     8?p40x$m%  
     
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