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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） M"OCwBT U  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 .k5&C/jv  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Fy^8]u*Fu  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 @ w,O1Xwj  
    al]-*=v7}  
    摘要 VF:<q  
     \q|<\~A  
    |198A,^  
    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。 Q,>]f@m  
    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。 J}VG4}L  
    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。     *b(nX,e  
    !ac,qj7spa  
    1. 建模任务 HUGhz  
     ]M&KUgz  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ f2M}N  
    ff 2`4_ ,|  
    TDW\n  
    2. 方法 AKUmh  
     rIAbr5CG  
    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： :>m67Zq  
    FWQNO(  
     39Tlt~Psz  
    $x q$  
    2Afg.-7EP  
    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。 SH1)@K-  
    O g!SFg*  
    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。 v4X)R "jJ  
     7NQEnAl  
    _ v3VUm#  
    uwWKsZ4:ij  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 c#`&uLp  
    h%>yErs  
    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。 G9r~O#=gy  
    f2Z(hYH~  
    1) 评估最大模式阶数 <,Pk  
    P?j;&@$^e  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： Apc!!*7  
    trMwFpfu  
    T8 >aU  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 N<T@GQwkS  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 DN;3VT.-  
    sc$I,|d2  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 o&#!W(   
     C,VvbB  
    QEc4l[^{.B  
    nXfd f-  
    EfGy^`,'G  
    2）设置多模高斯光源 V3q [ $~9  
    #X qnH  
     9i+`,r  
    #;/ob-  
    p;.M .  
    3) 设置优化函数 { _~vf  
    !uqp?L^;  
    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)。 nfksi``Vq  
    du_~P"[  
    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。 QM@zy  
     2ae"Sd!-2  
    /cZTj!M  
    "D'"uMS`H  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 5:(/k\9+yv  
    }!V-FAL  
    k{D0&  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） {%c&T S@s  
    t8M\  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 c&C*'c-r  
    0[E \h   
    a. 打开参数优化 $ i%#fN  
    Uo;a$sR  
    Y=t? "E  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 d|>/eb.R  
    /}9)ZY Mx  
    图2
    zI4d|P  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： oxL)Jx\c9A  
    l+j !CvtI  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） &hih p"  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Z<,Hz+  
     Iw?*y.z|  
    *Qyu QF  
    图3
    Vh>|F}%E  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ~tn$AtK  
    Xk\IO0GF  
    图4
    &j,# 5f(  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 r6GXmr  
    uIBN !\j  
    图5 hV:++g  
    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： c-_1tSh}  
    n.t5:SW  
    图6
    Z_fwvcZ?05  
    4.总结  W =;,ls  
    (<rE1w2s:  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 yEk|(6+^  
    ~f"3Wa*\B  
    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。 g rCQ#3K*?  
    ]#W7-Q;]  
    bDudETl  
    QQ：2987619807     $-u c#57  
     
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