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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） i^!ez5z  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 I]y.8~xs  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 .pvV1JA'  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 >xn}N6Rj2~  
    #vqo -y7@  
    摘要 N9<Ujom  
     @Ehn(}  
    tD Cw-  
    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。 ]}6w#)]"  
    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。 K!mOr  
    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。     [J0 v&{)?  
    OcSEo7W  
    1. 建模任务 l@hjP1o  
     sW^a`VM  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ A;u"<KG?  
    TV}}dw  
    -sMytHH.  
    2. 方法 cubk]~VD  
     Fv)7c4  
    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： Bz`yfl2  
    ;*[9Q'lI*  
     <vbIp&  
    PZD>U)M  
    &wetzC )  
    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。 3v!~cC~cI  
    jRpdft  
    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。 s Fgadz6O  
     (HN4g;{  
    yO>V/5`  
    n!He&  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 wp.TfKxw  
    (a6?s{(  
    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。 t^tCA -  
    lg1PE7  
    1) 评估最大模式阶数 nD,{3B#  
    P l{QOR  
    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： u&TdWZe  
    5`E))?*"Pe  
    lz~J"$b  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 q3'o|pp  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 0D)`2W  
    n!N\zx8  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 :nQp.N*p  
     -'C!"\%  
    hE!7RM+Y  
    iY.eJlfH  
    ^@}#me@  
    2）设置多模高斯光源 )XVh&'(r  
    3DoRE2}  
     4-:7.I(hq  
    YlUpASW  
    L=7rDW)aa  
    3) 设置优化函数 i@$-0%,  
    "oE*9J?e  
    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)。 AQci,j"  
    :z~!p~  
    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。 qB JRS'6'9  
     ,ZK]i CGk  
    dp^N_9$cdO  
    9oq)X[  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 HP$K.a7H  
    8!j=vCv  
    caD5Pod4  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） fSV5  
    j<$R4A 1  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 R]=SWE}U  
    &HxT41pku  
    a. 打开参数优化 p#M!S2&z  
    \G=bj;&eF  
    ;qT5faKB3J  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Y~GUR&ww0n  
    *eoq=,O  
    图2
    nCB[4  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： B'/Icg.T  
    /'NUZ9  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ./)j5M  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 YUS?]~XC7x  
     [EOMCH2Ki  
    Ei|0L$NCg  
    图3
    1G_xP^H!  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Ebbe=4  
    ujNt(7Cz  
    图4
    9 G((wiE  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 K5+!(5V~  
    %8g$T6E[<2  
    图5 u-1@~Z  
    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： o[2Y;kP3*P  
    =QTmK/(|B  
    图6
    }RH lYN  
    4.总结 uq]iMz>  
    _i.({s&_9  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7:ckq(89  
    d[yrNB6|  
    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。 )ZviS.  
    G@;Nz i89  
    M'b:B*>6  
    QQ：2987619807     a{5H33JA  
     
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