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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） O~xmz!?=  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028  8[OiG9b  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱  (RS:_]  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Tq8r SZi  
    ".ZiR7Z:$Y  
    摘要 F# wa)XH  
     /GaR&  
    x"80c(i  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 w}b+vh^3Wy  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 o7seGw<$X  
    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。     b4ivWb|`  
    t_Wn<)XA  
    1. 建模任务 mY( _-[W  
     XQ+hTtP  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ K gX)fj  
    T5;D0tM/  
    <H/H@xQ8G  
    2. 方法 Yv-uC}e  
     ]0le=Ee^%  
    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： -y( V-  
    Nj\WvKG  
     W~FA9Jd'Z  
    ^D|c  
    jw[`\h}8  
    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。 ) b8*>k  
    W=m_G]"L  
    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。 y;jyfc$ `  
     KK?~i[aL  
    $u sU  
    -( G2@NG  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ~/%){t/uLY  
    =3p h:t  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 BKEB,K=K@  
    %9.KH  
    1) 评估最大模式阶数 |T%/d#b~  
    +h/$_5  
    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： o_n.,=/cZ  
    K3^2R-3:8  
    2LdV=ifq2S  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Me>'QVr  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 s@|?N+z  
    t}nRWo  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 2srz) xEe  
     5 \J;EWTU  
    0&x)5^lG  
    67eo~~nUtg  
    SccU @3.X~  
    2）设置多模高斯光源 {TNAK%'v  
    ? 6l::M  
     o v~m?Y]h  
    )C@,mgh  
    wF(FV4#gs  
    3) 设置优化函数 [% jg;m  
    ;ORy&H aKl  
    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)。 Fk4 3sqU6~  
    QI- 3m qL  
    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。 "n:9JqPb  
     83a Rq&(R  
    r/e&}!  
    `dK\VK^  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 9=SZL~#CE  
    %WNy=V9txp  
    u+9Mc u"  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） (LjY<dQO  
    N%a[Y  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 CHz(wn  
    -~q]0>  
    a. 打开参数优化 3,?y !  
    9`muk  
    9(_/jU4mc  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ?>_.~b ~  
    BzZy s  
    图2
    k[p  
    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： 7qk61YBL z  
     4Zq5  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ZDf9Npe  
    -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。 !ZVMx*1Cf  
     VtVnht1  
    vcmS]$}  
    图3
    rcK*",>  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ^o 5q- ;a  
    BK{8\/dg  
    图4
    4aRYz\yT=  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 F ;D_zo?  
    8C2t0u;Y .  
    图5 D fb&/ }  
    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： qH ~usgqB7  
    01Aa.i^d(  
    图6
    ^c5(MR7LD  
    4.总结 DXUI/C f  
    !qR(Rn  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 _D:/?=y;e  
    | ] YT6-?.  
    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。 sxqX R6p{  
    >C i=H(8vN  
    A1C@'9R*  
    QQ：2987619807     Z(Vrmz2.  
     
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