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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） c0Ro3j\p  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028  zn;Hs]G  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 bW.zxQ :  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 wp*&&0O!  
    To{G#QEgG  
    摘要 "q>I?UcZ  
     pMZf!&tM  
    :Z]hI+7  
    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。 uQtk|)T E  
    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。 r,@X>_}  
    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。     {e[pSD6   
    \R>5F\ 0  
    1. 建模任务 n5* {hi  
     mImbS)V  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,#jhKnk2e  
    0H&U=9'YT  
    |od4kt  
    2. 方法 VO;UV$$  
     K!D!b'|bb  
    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： pM'IQ3N  
    #[0\=B -  
     VfA5r`^  
    9H, &nET  
    <AAZ8#^  
    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。 -=t3O#  
    :UDn^ (#  
    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。 [T[9*6Kt  
     w]Ko/;;^2  
    Y^ZBA\D2,k  
    & kjwIg{  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 n:^"[Le  
    Fx[A8G  
    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。 <X I35\^  
    $,QpSK`9i  
    1) 评估最大模式阶数 "X{aS}  
    q4.dLU,1  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： m~j\?mb{+  
    FH`'1iVH  
    |CZnq-,C  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 B`?N0t%X  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Y zBA{FE  
    [N95.aD  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 C/CfjRzd  
     BvZ^^IUb  
    m]=oaj@9  
    !,6v=n[Nz  
    DNW2;i<hsz  
    2）设置多模高斯光源 R0hc tT1j  
    \Ul.K!b7  
     fr'huvc  
    csdOIF  
    wSJ]3gJM`  
    3) 设置优化函数 16[-3cJ T  
    xf^<ec  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 VTJIaqw  
    /\-2l+y>J  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 yA?ENAM  
     V@f6Lj  
    8R)D! 7[l  
    /J[H5uA  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 iO9nvM<  
    Yt/SnF  
    Q9yGQu  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） /Oggt^S  
    R*Xu( 89  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 5U)ab3 :  
    !O F?xW  
    a. 打开参数优化 J~iOP  
    `s>UU- 9  
    ib(>vp$V  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 @QVqpE<|  
    OBI+<2`Oc  
    图2
    uO ?Od  
    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： a)_rka1(  
    $c@w$2  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） w*<Y$hnBzF  
    -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。 M q^|M~  
     eC>"my`  
    _}I(U?Q-C  
    图3
    V\@jC\-5Vt  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 '9*5-iO  
    c7+Djqs  
    图4
    e$Xq    
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 "w*+v  
    atLV`U&t  
    图5 `%t$s,TiP  
    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： I #M%%5e  
    ocIt@#20 K  
    图6
    VX^o"9Ntl  
    4.总结 }A4nJ>`tq  
    9TVB<}0G  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 G}!7tU  
    4AY _#f5u  
    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。 ]a$Wxvgq  
    =ze FK_S!  
    }O,U2=Hw`]  
    QQ：2987619807     L bJtpwz>z  
     
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