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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） v a j  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 " .:b43Z  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 FR9*WI   
    许可证：CC-BY-SA 3.0 H`028^CH$  
    G0VbW-`O  
    摘要 E3<~C(APW  
     S&`iEwG  
    4x%R4tk  
    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。 dl&402  
    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。 js<}>wD7<  
    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。     C=|X]"*:u0  
    SF2<   
    1. 建模任务 V]I+>Zn| 7  
      #3m7`}c  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ `lA[-x~  
    ); <Le6  
    iS%md  
    2. 方法 v<wR`7xG  
     xIh,UW#  
    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： E5U{.45  
    3A5:D#  
     "P_PqM  
    C-6m[W8S  
    .*>pD/  
    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。 ELWm>'Q#9  
    O=LiCSNEV  
    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。 Lj(y>{y  
     4`mF6%UC  
    !O-9W=NJ  
    WOaj_o  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 NEG&zf  
    n :P5m9T  
    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。 hy?e?^  
    IR<`OA  
    1) 评估最大模式阶数 n-Qpg  
    YPY'[j(p`n  
    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： C@8WY  
    Rw9 *!<Izt  
    uNcE_<  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 IhYTK%^96  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Mkc|uiT   
    aC#8%Spj  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 W7ffdODb  
     B1C"F-2d  
    O] nZr  
    c[xH:$G?Y  
    k}o*=s>M  
    2）设置多模高斯光源 d].(x)|st  
    Ea7LPHE#  
     i[wEH1jR  
    M9aVE)*!I  
    ,n &e,I  
    3) 设置优化函数 1-=zSWmyK  
    oy) 'wb~  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 5U3 b&0  
    ee=d*)  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ^:c"%<"='  
     ;| :^zo  
    1ukCH\YgU  
    IO4 8sV }  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ct3^V M&/  
    zU7/P|Dw+  
    N){/#3  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） sP+ZE>7  
    l]GUQcN=  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 A]FjV~PB  
    ~e)`D nJ  
    a. 打开参数优化 gZ^NdDBO  
    sBo|e]m#  
    v_zVhE tY  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Cy~Pfty  
    dIUg e`O9  
    图2
    eI 6G  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： t*&O*T+fgy  
    ]} + NT  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） -0{"QhdE%  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 (Es0n$Xb  
     kdX ]Afyj  
    *{y/wgX  
    图3
    5ecAev^1-  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 -zq_W+)ks  
    i8tH0w/(M  
    图4
    cS'|c06  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 F^v <z)x  
    7|"gMw/  
    图5 >c~ Fg s  
    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： HZ#<+~J  
    Wn9b</ tf  
    图6
    5GP,J,J  
    4.总结 SRixT+E  
    z8ox#+l  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 6uU2+I  
    dz6i~&  
    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。 !H5r+%Oo|  
    *W#_W]Tu  
    YXR%{GUP[  
    QQ：2987619807     %Tn0r|K  
     
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