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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）  eYPt  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 qFB9,cUqh  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Z1 E` I89<  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ytuWT,u  
    94S .9A  
    摘要 EY=\C$3J:  
     17?NR\Q  
    RI7qsm6RN  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 =P@M&Yy'  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 yL^M~lws  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     3uB=L 7.  
    7R% PVgS4x  
    1. 建模任务 `HMligT  
     cN0~;!{i  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ :Q0?ub]  
    1mvu3}ewx  
    n#/U@qVgc  
    2. 方法 >"2\D|-/  
     TPN:cA6[c  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： [M,27  
    eHfG;NsV /  
     *+4>iL*:  
    RBMMXJj  
    ][T9IAn  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 "RR./e)h  
    VyBJIzs0  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 g~i''lng  
     L~SrI{aYPf  
    ,Yiq$Z{qQ  
    `&"H* Ie  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 N7Z(lI|a;  
    J7&.>y1%  
    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。 mYsuNTx!.  
    O4'kS @  
    1) 评估最大模式阶数 qW`XA  
    4q@9  
    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： *R9mgv[  
    GSUOMy[M-  
    wUZ(Tin  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <7sF<KD  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 q^T&A[hMPx  
    }(vOaD|k=  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ` i^`Q  
     sbq44L)  
    R+@sHsZ@  
    }hObtAS  
    Npg5Z%+y  
    2）设置多模高斯光源 JXZ:Wg  
    |tolgdj  
     Xy KKD&j  
    eW }jS/g`  
    $O8EiC!f6  
    3) 设置优化函数 $HR(|{piZ  
    "cz]bCr8  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 Hi4@!]  
    SjNwT[.nr7  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 2kmna/Qa6  
     [K|>s(Sf*  
    3<1HqU  
    EcS-tE 4%  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 .ON$vn7  
    *Tlws  
    MlcoOi!  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） a_#eGe>  
    &&QDEDszp  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Af! W K=  
    2Yg[8Tm#  
    a. 打开参数优化 $4ZDT]n  
      _c7  
    )u v$tnP*  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 gWU(uBS  
    3 v,ae7$U&  
    图2
    -fZShOBY`  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： /v5g;x_T  
    X:} 5L> '  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） R;,u >P "  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 %onAlf<$:^  
     ]qP}\+:  
    1wH/#K  
    图3
    _tauhwu  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 MdTd$ 4J3  
    }?ac<> u&  
    图4
    hcqmjqJ  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 `a1R "A  
    gV.Pg[[1  
    图5 _$jJpy  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： HuLm!tCu  
    pQm!Bt L  
    图6
    '' A[`,3  
    4.总结 C?<XtIoB  
    /n3&e  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 `LHfAXKN  
    0{Ll4  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 =rtA{g$)+  
    h,jAtL!  
    9,a,A6xry  
    QQ：2987619807     Y Z2VP  
     
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