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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） teP<!RKNb  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 $xqa{L%B  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 hb-%_c"kq  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 u NyVf7u  
    _GPe<H  
    摘要 3R/bz0 V>  
     >_TZ'FT  
    ,+VGSd  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 0_/[k*Re  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 yu|>t4#GT  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     iCoX& "lb  
    QP x^_jA  
    1. 建模任务 k+ /6$pI  
     WxDh;*am:  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ GY*p?k<i  
    @iiT<  
    +_!QSU,@  
    2. 方法 W)/#0*7  
     wL1MENzp*z  
    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： CITc2v3a  
    iscz}E,Y  
     TC('H[ ]  
    ]GS bjHsO  
    Ef\ -VKh  
    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。 \['Cj*ek  
    VTM/hJmwJ  
    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。 +q4O D$}  
     '"^'MXa  
    bcyzhK=  
    y-k.U%  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 VVZ'i.*_3?  
    GyIV Hby  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 x2EUr,7  
    ~[ jQ!tz  
    1) 评估最大模式阶数 f3;5Am  
    mw!F{pw  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 7pd$\$  
    s7<AfaJPF  
    b}f~il  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Dv"9qk  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 H|*m$| $,  
    ~&T~1xsFJ  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 sB</DS  
     bOB \--:]  
    Y*^[P,+J*}  
    0f/<7R  
    .H|-_~Yx|  
    2）设置多模高斯光源 *hx  
    .8R@2c`}Cs  
     osRy e3  
    +TJCLZ..  
    2iOV/=+  
    3) 设置优化函数 |=w@H]r  
    hrn+UL:d  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 7r!x1  
    XUYtEf  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 QY/w  
     d~H`CrQE*  
    \bcLiKE{  
    Ie_wHcM<  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 t!XwW$@  
    WLT"ji0w2  
    #4PN"o@  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） WMdg1J+~  
    vQCy\Gi   
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Nc`L;CP  
    j_AACq {.  
    a. 打开参数优化 TDh5lI  
    e= AKD#  
    fex@,I&  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 YWLj?+  
    fu5=k:/c  
    图2
    >Ry01G]_/h  
    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： b;n[mk  
    xp t:BBo  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） CrLrw 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。 HtFDlvdy]  
     .]^?<bG  
    s_Sk0}e  
    图3
    icgfB-1|i  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 uFE)17E  
    n S=W1zf  
    图4
    ~ }P,.QQ  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Hka2  
    mt .sucT  
    图5 w<#!h6Y=  
    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： w:0E(z  
    .nJz G  
    图6
    `3pW]&  
    4.总结 d=(mw_-?  
    s[jTP(d)8  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ax`o>_)  
    It(_v  
    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。 ^('wy};  
    dN q$}  
    & 21%zPm  
    QQ：2987619807     e+WNk 2  
     
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