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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） dQt]r  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 94A re<  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 lbMb  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 xGN&RjPk\  
    -(dc1?COi  
    摘要 +Bgy@.a?  
     -(P"+g3T  
    C"K(-/  
    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。 \G2&   
    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。 >Qr(#Bt)  
    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。     XfharJ_b  
    A^xD Axk  
    1. 建模任务 //xxSk  
     so1% MV  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Bf.@B0\  
    {eL XVNR7R  
    46sV\In>?  
    2. 方法 Q! WXFS  
     y]+q mNw"+  
    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： }<m9w\pA  
    UH2fP G  
     J#"@~Q+a`@  
    z^bv)u  
    _DS_AW}D  
    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。 s:CsUl|  
    (V 5_q,2  
    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。 M, f6UYo=  
     .}C pX  
    l!5fuB8  
    _46 y  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ly9.2<oz}L  
    p@0Va  
    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。 #!qa#.Yi  
    K_;'-B  
    1) 评估最大模式阶数 X|++K;rtfE  
    ye4 T2=  
    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： 0e-M 24,C  
    u[k0z!p_ c  
    9mZ[SQf  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1  [,JUC<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~qekM>z  
    0ZcvpR?G  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 1ayL*tr  
     2[zFKK  
    Xy0*1$IS]  
    p,0J $L  
    cgY + xd@  
    2）设置多模高斯光源 O!xul$9  
    ;hzm&My  
     H}vq2|MN  
    GI']&{  
    u4hC/!  
    3) 设置优化函数 vuN!7*d+  
    iW oe  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 s 1~&PH^  
    |}$ZOwc  
    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。 7 G37V"''  
     K FMx(fD  
    d^pzMaCI  
    ?9W2wqN>o  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 GE?M. '!{{  
    pQ2'0u5w5  
    |%\>+/j$  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） *{TB<^ *  
    dK.k,7R  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 I.'(n8*  
    _e4%<!1  
    a. 打开参数优化 s&.VU|=VQ@  
    !I)wI~XF)5  
    3pU/Z bb,:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 u]`ur#_  
    +t[i68,%  
    图2
    L JW0UF|  
    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： C[c^zn  
    ?OD43y1rzd  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值）  {@E(p4W  
    -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。 cI #! Y  
     5,vw%F-m  
    mqrV:3}  
    图3
    k z{_H`5.  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 HnlCEW,^o  
    ^t0Yh%V7  
    图4
    ~3'}^V\  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 "1I\~]]  
    BU;o$"L  
    图5 o%j[]P@4G  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： e]5 n4"]D)  
    qL;u59  
    图6
    sW#OA\i &  
    4.总结 'cgB$:T}.,  
    I l2`c}9  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 rP%B#%;S"  
    OK8|w]-A  
    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。 ?j:U<TY)  
    /l6r4aO2=  
    +5<]s+4T  
    QQ：2987619807     )\3 RR.p  
     
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