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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） gz~)v\5D/  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 FRR`<do5$,  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 rQ:+LVfXjA  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 "Xz[|Xl  
    's>./Pf  
    摘要 gNj~o^6|@  
     d>YX18'<Q  
    #$?!P1  
    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。 t91z<Y|  
    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。 z"PU`v  
    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。     W02t6DW  
    i9O;D*  
    1. 建模任务 ZR |n\.  
     Mf_urbp]  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ j3$\+<m]  
    DFvj  
    /@xL {  
    2. 方法 -S6^D/(;  
     0\tdxi  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： D@iE2-n&V  
    [`/d$V!e  
     5y8ajae:  
    u[b0MNE~  
    v_L?n7c  
    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。 7Pp~)Kq=  
    : kw14?]_  
    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。  &C&?kS(  
     ki<4G  
    $geDB~ 2>  
    <v+M~"%V  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 T.B} k`$  
    whb,2=gIE  
    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。 LvbS")  
    { cMf_qQ  
    1) 评估最大模式阶数 fF.qQTy;7  
    P d)<Iw^<  
    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： GkYD:o=qx  
    t#sw{RO  
    ^/_1y[j  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 y - Ge"mY  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 <rAWu\d;  
    HP G*o  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。  OYwH$5  
     ` 8OA:4).  
    DY'1#$;  
    xjO((JC  
    O({vHqN>  
    2）设置多模高斯光源 ;VI W/  
    T*i rCe  
     zyF[I6Gs  
    Tt*n.HA  
    E])X$:P?  
    3) 设置优化函数 xfqW~&  
    ?Rg8u  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 G>H',iOI  
    -f!oq7U  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 )Og,VXEB  
     H;nq4;^yK  
    ecgGl,{  
    TRSR5D[  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2~BId&]  
    |Lz:i +;  
    E%E3h1Ua  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） eE'2B."F  
    ND|!U#wMNV  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Gj}P6V _  
    ?MhY;z`=  
    a. 打开参数优化 DMY?'Nts!  
    5$ra4+k0  
    Y"U -Rc  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 s)~6 0c  
    8yDu(.Q  
    图2
    ~+GMn[h  
    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： 3B<$6  
    `Al5(0Q  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） e Ert_@}  
    -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。 b%fn1Ag9  
     n>Rt9   
    jI8qiZ);~  
    图3
    45hjN6   
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ]tVU$9D   
    }lk_Oe1  
    图4
    >g]kbes-\  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 y6lle<SIu  
    Ua^'KRSO  
    图5 8/;q~:v  
    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： Wh:SZa|  
    _M/ckv1q@  
    图6
    3+<}Hm+  
    4.总结 `5[d9z/6  
    );wSay>%(  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 c]>s(/}T  
    ZkW,  
    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。 &i8AB{OU  
    *v[WJ"8@  
    )v-sde\  
    QQ：2987619807     a W`q  
     
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