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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 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） fQ#l3@in  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 b0lq\9  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 U}[I   
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ?b(=1S\E'^  
    anXc|  
    摘要 /YZr~|65  
     l c+g&f  
    b )B? F  
    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。  o4|M0  
    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。 R8ZK]5{o  
    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。     KXx32 b,~  
    Q_[ 3`j l  
    1. 建模任务 3AU;>D^5  
     _lamn }(x0  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ xai*CY@cQ  
    eEuvl`&  
    nih0t^m'  
    2. 方法 \ExMk<y_&  
     ,6-:VIHQ  
    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： Tj:B!>>  
    0*f)=Q'  
     U4d:] z  
    Qk:Y2mL  
    o,_? ^'@  
    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。 e 9;~P}  
    gt@m?w(  
    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。 MF5[lK9e  
     kM,C3x{A  
    f&Gt|  
    be.*#[  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 W"k"I vTW}  
    <J) ]mh dm  
    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。 E7rDa1  
    hb}+A=A=+  
    1) 评估最大模式阶数 aDU<wxnSvO  
    =vX/{C  
    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： ~"nxE  
    N sXHO  
    Q+[n91ey**  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 M/b Sud?@%  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]s<[D$ <,  
    AE[b},-[  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 e"|efE  
     JMC. w!  
    4h|c<-`>t  
    ;r<^a6B  
    Ayxkv)%:@)  
    2）设置多模高斯光源 nT7%j{e=L  
    y [}.yyye  
     0XE4<U   
    |-:()yxs  
    "\w 7q  
    3) 设置优化函数 rC5 p-B%  
    ! >FYK}c7  
    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)。 Lt64JH^lz  
    Va"0>KX  
    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。 d; boIP`M;  
     TM%| '^)  
    */`ki;\A  
    ?9 <:QE;I>  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 0"<H;7K#W  
    Q /U2^  
    .*OdqLz  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 5_GYrR2  
    =^M/{51j  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 XP!S$Q]D  
    /:m-> T  
    a. 打开参数优化 , qMzWa  
    +}Dw3;W}m  
    *#,7d"6W5  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 rBQ_iB_  
    s}vAS~~2L3  
    图2
    ?gA 8x  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 8W*%aOi5+  
    {'7B6  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） kMIcK4.MH  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 <}C oQz  
     o_izl \  
    Ri<u/ ]oR"  
    图3
    ^UP`%egR  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 B6MB48#0gs  
    X8Bd3-B  
    图4
    Dj"F\j 1  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ;AG8C#_  
    ~[t[y~Hup  
    图5 G30-^Tr   
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： x]}^v#  
    y8]B:_iU9  
    图6
    5%Y3 Kwyy  
    4.总结 (p"%O  
    ROH|PKb7  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7r6.n61F  
    \1k79c  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 C7]f*TSC4  
    <$D`Z-6  
    L^1NY3=$  
    QQ：2987619807     (d(CT;  
     
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