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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） iN %kF'&9  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 HpiP"Sl  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 <Qe30_<K  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 .RxH-]xk  
    )(oRJu)y  
    摘要 s(w6Ldi  
     oP$NTy[  
    QmT L-  
    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。 ?\L@Pr|=Dr  
    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。 wN-3@  
    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。     @/@#,+  
    y Rr,+>W  
    1. 建模任务 )[|`-M~u  
     ow,I|A  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ aze}ko NE  
    f wWI2"}  
    2>80Qp!xO  
    2. 方法 ~e~iCyW;S  
     AifnC4  
    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： _Qs=v0B//  
    IGeXj%e  
     '#mv-/<t*  
    p&/}0eL y  
    2 1.;lj  
    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。 Xp"ZK=r  
    v_3r8My-  
    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。 6}ct{Q  
     n dgG1v%  
    :8cp]v dW  
    x9)^0Hbo  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Tp2`eY5  
    'te4mY}  
    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。 }SIUsh'  
    o(Yj[:+m  
    1) 评估最大模式阶数 8XZS BR(Z  
    Hy`Ee7>  
    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： -\O%f)R  
    d%FD =wm  
    9(g?{6v|  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 uH7 $/  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Bj5_=oo+d  
    M}2a/}4   
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 lArYlR }  
     = s^KZV  
    CBz$N)f  
    VX0q!Q  
    .G8+D%%.  
    2）设置多模高斯光源 <2@V$$Qg.~  
    N=R|s$,Oy9  
     ,$BbJQ5  
    u hW @ Y+  
    YBb%D  
    3) 设置优化函数 -8H0f- 1  
    ]w ^9qS  
    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)。 I*8i=O@0T  
    M|IR7OtLV  
    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。 X/Umfci  
     y^pzqv  
    |t](4  
    g*t(%;_m  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ig|o l*~  
    E{+V_.tlu  
    S-@E  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） g*]Gc%  
    5R"My^G  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 e lj]e  
    9,8}4Y=GVI  
    a. 打开参数优化 X;`XkOjk  
    \0. c_  
    )w\E^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 VE3,k'^v  
    x`:zC#  
    图2
    :2^j/  
    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： L9L!V"So1k  
    }s i{  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ^0" W/  
    -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。 ';<gc5EK  
     ipy1tXc  
    \Eqxmo  
    图3
    |-kU]NJFR  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 OX|nYTp  
    aN n\URR  
    图4
    [wKnJu  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 F/1B>2$`  
    PU| X+V>  
    图5 v8=7  
    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： a W1y0  
    :mOHR&2xR%  
    图6
    #Fp5>%*  
    4.总结 ;Ohabbj*  
    c*iZ6j"iI  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !=sM `(=~  
    )8ub1,C  
    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。 ^eu={0k  
    ]r 6S|;:  
    QQ：2987619807     `` !BE"yN  
     
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