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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） 8TIc;'bRM  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 X8aNl"x  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 H$Om{r1j  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 QQ^P IQj  
    %7WGodlXW  
    摘要 Kt5;GUV  
     <Uf?7  
    jt5en;AA[  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 2;N)>[3*J  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 jA9&hbQuL  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     (F9U`1~4  
    x-0S-1M  
    1. 建模任务 &' E(  
     qBL >C\V +  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 8V$pdz|[  
    $2N)m:X0  
    @X\-c2=  
    2. 方法 ";\na!MT  
     8wJfG Y  
    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： #_)<~  
    *V}T}nK7  
     /, T@/  
    rbfP6t:c3  
    xfYDjf :<  
    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。 b7&5>Q/ g  
    6 2{(i'K  
    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。 6Ap-J~4  
     {akSK  
    +zM WIG  
    }U-h^x'  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ~wtl\-cY  
    JRfG]u6GU  
    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。 rt-^?2c?  
    -L=aZPW`M  
    1) 评估最大模式阶数 $mf Z{  
    j?a^fcXB  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： <7-Qn(m,  
    ;A^Ii>`  
    l0hcNEj{W  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 XNODDH   
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Z{<&2*  
    UqJ}5{rt  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 _J' _9M?>  
     PL*Mz(&bf  
    jx*jYil  
    J0xV\O !e  
    SvE3E$*  
    2）设置多模高斯光源 7Aj o9  
    1>5l(zK!9  
     :zN{>,sC  
    %+BiN)R*x  
    zvJQ@i"Z  
    3) 设置优化函数 954!ED|F(  
    A5U//y![{  
    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)。 9 GEMmo3  
    SxyXz8+e[  
    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。 (6b*JQ^^  
     Fog4m=b`g  
    6} b1*xQ  
    J/OG\}  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 >ucVrLm,X  
    =rH' \7T  
    ] yg3|C;  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） X*4iNyIs_  
    #Tm^$\*h\]  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 =t@8Y`9w  
    H > Y0R  
    a. 打开参数优化 1a_R8j  
    |_fmbG  
    WDr C  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 l:' 0  
    h`{agW B  
    图2
    c)L1@qdZ  
    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： abs\Ku9  
    yf 7Sz$Eq  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） VR5CRNBJ  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 6A$  Y]u  
     PIo8mf/  
    0-s[S  
    图3
    YTb/ LeuT  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 SK6?;_  
    whoM$  &  
    图4
    KM'*+.I  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 n:TWZ.9  
    [.ya&E)x  
    图5 |{STkV]  
    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： p'@| O q&  
    (SH< ]@s  
    图6
    d3,%Z &  
    4.总结 uD'GI  
    !L|}/u3v  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }KEL{VUX  
    G@.TE7a2Z  
    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。 #L3heb&9  
    Q/u2Q;j>  
    6ct'O**k*&  
    QQ：2987619807     ?.*^#>-  
     
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