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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） ZU6a   
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 L4-Pq\2  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Q&;qFv5-l  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 @~HD<K  
    (]dZ+"O{  
    摘要 c *noH[  
     Fje%hcV  
    E':Z_ ^4  
    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。 Kj5f:{Ur  
    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。 ?uv%E*TU  
    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。     \`x'g)z(i  
    `Nr7N#g+u  
    1. 建模任务 Fb-TCq1y#  
     } 4^UVdz  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ iDN,}:<V  
    ,iy   
    mK4A/bsE  
    2. 方法 wxrT(x|  
     jz0\F,s  
    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： 3~'F^=T.Y  
    Z2 4 m  
     p:))ne:7  
    Aed"J5[a  
    #a:C=GV;4  
    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。 F*H}5yBp_:  
    QkAwG[4  
    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。 sq$|Pad[  
     9x\G(w  
    tp&iOP6O  
    1C{n\_hR  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 gw^+[}U#  
    Qa+gtGtJ  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。  =%`"  
    on$a]zx'@  
    1) 评估最大模式阶数 7\ lb+^$  
    C~*m&,@TT^  
    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： hd' n"  
    Wi<Fkzj  
    g<Xwk2_=g  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 -D(!B56_  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 /j As`"U  
    5[k35 c{  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ?9cy5z[  
     NGu]|p  
    u1l#k60  
    q)X&S*-<o~  
    R >TtAm0N  
    2）设置多模高斯光源 HN+z7Q8hH  
    xC(PH?_  
     4(]k=c1<  
    HYS7=[hv6  
    $9/r*@bu8d  
    3) 设置优化函数 q6dq@   
    VTU-'q  
    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)qx0  
    .xx9tP}Xy  
    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。 Nnw iH  
     v)06`G  
    e [n>U@  
    ge|}'QKow  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 9^n ]qg^  
    H{8\<E:V+}  
    d {4br  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） [(XKqiSV  
    $si2H8  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ]So%/rOvX  
    U\N`[k.F  
    a. 打开参数优化 P<1zXs.H  
    s$;v )w$  
    Kfh"XpWc$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 uB BE!w_  
    XcXd7e  
    图2
    (`&g  
    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： _z;N|Xe  
    c72/e7gV  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） g?ft;kR6S  
    -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。 Xs`/q}R  
     ?^5x d1>E  
    GZ"O%: d  
    图3
    t0Uax-E(  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ?AEpg.9R-  
    M1:m"#=  
    图4
    :Vg,[\I{  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 2&M 8Wb#  
    iH2|w  
    图5 KM6r}CDHs  
    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： xGqZ8v`v  
    <H.Ml>q:r  
    图6
    j JW0a\0  
    4.总结 j$,`EBf`:<  
    8p5u1 ;2  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7Y-GbG.'  
    xk,E A U  
    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。 5%9& 7  
    0F"xU1z,  
    ^vzNs>eJ  
    QQ：2987619807     !e?\> '  
     
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