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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） 0y$aGAUm  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Gt&x<  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 &"dT/5}6  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Rn O%8Hk  
    NI eKS_ +  
    摘要 ({3hX"C@Q  
     CPq{M.B  
    aq[;[$w  
    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。 0NLoqq  
    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。 bl|k6{A  
    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。     Jtj_R l !  
    $!c)%qDq  
    1. 建模任务 t<O5_}R%d  
     -GkNA"2M[  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ .. qAE.%%  
    ~Mv@Bl  
    |]a =He;  
    2. 方法 q# W|*kL3  
     L&1VPli  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： QDlEby m  
    !g /&ws&  
     EG5'kYw2  
    iw6qNV:\Z  
    }$W4aG*[  
    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。 xq:.|{HUk  
    DpIv <m]  
    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<Wd  
     N> R abD  
    tE0DST/  
    v}hmI']yf  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 "|CzQ&e  
    #n^P[Zw  
    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。 .s 31D%N  
    SCk2D!u  
    1) 评估最大模式阶数 >=hO jV;  
    q/xMM `{  
    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： @Md%gEh;&  
    >:M3!6H_~{  
    -;_`>OU{  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 G#/}_P  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #Ag-?k  
    &?^S`V8R*  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 jw$3cwddH  
     EWPP&(u3  
    JicAz1P1W  
    '~i} 2e.  
    &| %<=\  
    2）设置多模高斯光源 ^yH!IRRAq  
    @cPb*  
     &Zl$7  
    o{yEF1,c\  
    }f)$+mi  
    3) 设置优化函数 "bAkS}(hB(  
    ;cl\$TDL  
    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)。 E4RvVfA0F  
    LRBcW;.Su  
    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。 a'w~7y!}  
     M}NmA  
    tS,nO:+x  
    ^"\ jIP  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 UKp- *YukT  
    eRQ}`DjTk  
    > 4ex:Z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） T;jp2 #  
    x\r7q  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \B"5 Kp<  
    YQOdwc LG  
    a. 打开参数优化 Pk[:+. f(  
    c%v[p8 %  
    'EJ8)2  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 !)RND 6.  
    @\v,   
    图2
    (Da/$S.  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ep .AW'+  
    ,wE]:|`qJ  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） a'f"Zdh%w  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 o^;$-O!/  
     AEx I!  
    }$3eRu +  
    图3
    `E>HpRcxD  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 IW3ZHmrpA  
    OiNzN.}d  
    图4
    Xu`c_  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Zpg/T K  
    xy$73K6  
    图5 'gk.J  
    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： ,ii*[{X?  
    &Yi)|TU3'R  
    图6
    w*<XPBi  
    4.总结 KJ<7aZ  
    Hrq1{3~  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 TjxZ-qw<  
    B1T:c4:N  
    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。 p C l[DE  
    3^ ~M7=k  
    km2('t7?  
    QQ：2987619807     D].!u{##  
     
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