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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） Ot t6y  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 mmAm@/  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 e w^(3&  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 MMM tB6  
    ToXWFX  
    摘要 f%Q{}fC{*  
     X z+%Ym  
    ) r2Y@+.FN  
    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。 8+zW:0"[  
    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。 :t}\%%EbmE  
    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。     &`"DG$N(  
    g{8RPw]  
    1. 建模任务 |Wh3a#  
     BuJo W@)  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ jjs/6sSRk  
    *c0H_8e  
    vl"w,@V7  
    2. 方法 >rSjP1-F  
     lSj gN~:z  
    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： Rn1oD3w  
    :cT)M(o  
     i]JTKL{\q  
    Kb.qv)6i*  
    vwCQvt  
    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。 ]%\,.&=hT  
    @KN+)qP  
    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。 ,6)N.  
     VF%QM;I[Rc  
    aO6\ e>  
    Y"Cf84E  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 P}bIp+  
    o2/:e  
    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]' w%  
    R+ * ; [  
    1) 评估最大模式阶数 <I+kB^Er  
    -t`kb*O3`  
    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： =u.@W98, K  
    mw @Pl\=  
    k(gbUlCc  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 5ut| eD`3  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 !8{ VLg  
    5{ c;I<0  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 cc@W 6W  
     -<W?it?D  
    Z}W{ iD{  
    T(J'p4  
    Ln"wj O ,  
    2）设置多模高斯光源 EX8JlA\-W  
    AIF ?>wgq  
     m%'nk"p9  
    mH o#"tc  
    DUp`zW;B  
    3) 设置优化函数 F%OP,>zl  
    KX) n+{   
    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)。 tKbxC>w  
    d&AG~,&d|  
    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。 !fh (k  
     F O!Td  
    bA;OphO(  
    X! d-"[  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 N*Y[[N(  
    qmS9*me {  
    o`T.Zaik,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） GQ2GcX(E(  
    Jo?LPR \6  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 c<lp<{;  
    m`yvZ4K!  
    a. 打开参数优化 3efOgP=L  
    "LBMpgpU  
    #bOv}1,s  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ;6tra_  
    19 5_1?'<  
    图2
    o9kJ90{D=  
    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： FP@_V-  
    `3TR`,=  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 5100fX}  
    -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。 Sd+5Uf `  
     @0+\:F  
    U2Ve @.  
    图3
    7Cz~nin>7  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 B=SA +{o  
    lhUGo =  
    图4
    m&)/>'W   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Xdvd\H=  
    7HkO:/  
    图5 &RR;'wLoQT  
    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： WowKq0sn  
    X3:1KDVsV  
    图6
    gtKih  
    4.总结 Kz'GAm\  
    ak7%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 D#GuF~-F!R  
    vo/x`F'ib  
    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。 kQ\GVI11?  
    >+O0W)g{o  
    ~WrpJjI[  
    QQ：2987619807     l)r\SE1  
     
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