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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） WQL`;uIX  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 &N;6G`3  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 |pY0IqO  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 fh<G& E8 p  
    {jG`l$$  
    摘要 YfKty0  
     $0t %}DE  
    [Nc  Ok,  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 t57b)5{FM  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 VRt*!v<")  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     XU7bWafy  
    V.1sZYA9  
    1. 建模任务 8{u 01\0}  
     ?2;G_P+  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ v2V1&-  
    ,V?,I9qf  
    (6{ VMQ  
    2. 方法 5WYU&8+]{:  
     i|mA/ e3b  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 9A!qg<  
    }dM^6 Kd%  
     a{W-+t   
    6wgOmyJx  
    KK6YA  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 y]_DW6W  
    (Q+3aEUE  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ]u';zJ.  
     =qRVKz  
    e)kf;Hkf  
     Eqc$*=  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Y<v55m-  
    =F4}  
    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。 |sh  U  
    %Y TIS*+0  
    1) 评估最大模式阶数 '\Ub*m((1O  
    85mQHZ8aR  
    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： $BY{:#a]  
    O]>`B{  
    ;l'I. j  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 )-@EUN0E>5  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 )[1m$>  
    OBZj-`fqJ  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ( EX  
     '<Gqu_-  
    %0 4n,&mg  
    jo ^*R'}  
    heWb(E&  
    2）设置多模高斯光源 ,n*.Yq  
    ?HY0@XILI  
     o2~x'*A0I  
    FyEl@ }W  
    mI# BQE`p6  
    3) 设置优化函数 ~#@EjQCq  
    =%L^!//c  
    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)。 IjNm/${$  
    aI{[W;43T  
    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。 / @&Sqv4?  
     c nzPq\  
    -AX3Rnv^!  
    |Xag:hof  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ?P5D!b:(  
    j{g{`Qa  
    [3.rG!Na  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） eZcm3=WV|  
    .\VjS^o&Z&  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 uMI2Wnnc:/  
    0\+Qi?&  
    a. 打开参数优化 bY>Ug{O;  
    ,"'agg:St  
    i"'k|TGW^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 6voK{C4J  
    4M _83WL  
    图2
    GYYro&aq{  
    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： MWl@smRh  
    [Ue>KG62=  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） z,9qAts?mh  
    -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。 8^{BuUA  
     N(9'U0z  
    a5'QL(IX  
    图3
    ty78)XI  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 d^w_rL  
    MiC&av  
    图4
    6"DvdJ0MB  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 d|TIrlA  
    1$^{Uma  
    图5 <fw[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： E8xXr>j>#  
    "CaVT7L  
    图6
    v zn/waw  
    4.总结 C>+UZ  
    gor6c3i  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 )6(mf2&  
    t3M/ThIE  
    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。 Dihk8qJ/6  
    $*PyzLS  
    Qu\E/T`  
    QQ：2987619807     y?rsfIth`  
     
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