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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） VHVU*6_w  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 1Lwi?~!LI  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 :xZ/c\  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 lqA U5K{wQ  
    Taxi79cH  
    摘要 #C|:]moe  
     a*&P>Lwe7&  
    XG<J'3  
    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。 ?6Cbx6  
    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。 {y<[1Pms  
    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。     f2[z)j7  
    a{Y:hrd:Z  
    1. 建模任务 %*OKhrM  
     4?M= ?K0  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Mo &Ia6^  
    lJoMJS;S]}  
    F0:Fv;  
    2. 方法 kM]:~b2  
     |tz1'YOB  
    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： |Z6rP-  
    Gh0H) q  
     7M}T^LC  
    ^te9f%>$l  
    : Ey  
    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。 qfE/,L(B  
    &9PzBc  
    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。 wM(!9Ws3  
     y% uUA]c*m  
    MdU_zY(c  
    )z3mS2  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ~CldqXeI  
    <;#d*&]  
    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。 R|{AIa{}  
    `y0ZFh1>X  
    1) 评估最大模式阶数 Q`g0g)3w  
    s['F?GWg  
    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： En+4@BC  
    jnt0,y A  
    9C[3w[G~C  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Wf 13Ab  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 - ,q&Zm  
    s!Y>\3rMW  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 B;N40d*W  
     sq*R)cZ  
    .qy._C2(  
    T_6,o[b8  
    :g'"*VXYB  
    2）设置多模高斯光源 wGd8q xa  
    )8ctNpQt  
     |k)h' ?  
    #93;V'b]  
    P\iw[m7O  
    3) 设置优化函数 HYLU]9aH8  
    ;W?e@ Lgxk  
    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)。 E8jdQS|i  
    V;=SncUb  
    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。 IyOujdKa  
      gsc/IUk  
    U?>P6p  
    #E5#{bra  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 6aCAz2 /  
    ; z:}OD  
    j!&g:{ e  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 5 LhFD  
    vBj{bnl  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 }pPxN@X  
    =4 &9!Z  
    a. 打开参数优化 $&n!j'C:  
    `iv,aQ '  
    :b^tu 8E  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 eXnMS!g%Z  
    cliP+#  
    图2
    \M=" R-&b  
    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： qQ/j+  
    $4>K2  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） t=iy40_T  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 SR%h=`t  
     s=~r. x  
    O9=vz%  
    图3
    oO$a4|&,  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 *7nlel  
    d '4c?vC  
    图4
    Th`IpxV  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 E$4\Yc)(AL  
    ,S:g 5n>M  
    图5 ~( -B%Az  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： GasIOPzK  
    +aEE(u6%E@  
    图6
    7tUl$H;I/R  
    4.总结 /=lrdp!a  
    +x-n,!(  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 a)Qx43mOS  
    t 4{{5U'\  
    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。 Xko[Z;4v8'  
    P[8`]=  
    fwf]1@#   
    QQ：2987619807     cDxjD5E  
     
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