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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） .Xz"NyW  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Doc'7P  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 pD_eo6xX  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 RyQ\5^z  
    4i\aW:_'i  
    摘要 MY*>)us\  
     r]//Q6|S  
    C+]q  
    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。 f.84=epv  
    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。 p9}c6{Wp  
    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。     _E<O+leWf  
    dms:i)L2  
    1. 建模任务 y#Za|nt  
     VBsFT2XiL  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ <\9Ijuq}k  
    h-+a;![  
    HD8"=7zJk  
    2. 方法 IfmIX+t?  
     q'AnI$!  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Z=Y_;dS9  
    ;/^]|  
     k#:@fH4{PA  
    ocA'goI-  
    {p*hNi)0  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 i&'^9"Z)O  
    p<0kmA<B/  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 s?;<F  
     uZ`d&CEh  
    "K$Wh1<7  
    ZJI1NCBZ  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 qqt.nrQ^  
    :*&9TNU E@  
    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。 > ?{iv1  
    k E#_Pc  
    1) 评估最大模式阶数 PxVI {:Uz  
    ;GgQ@s@  
    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： Yx}"> ;\  
    #nf%ojh  
    Dss/>! mN  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ^I0GZG  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 EO 9kE.g  
    <j1d~XU}  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 lfpt:5a9&  
     Eagmafu  
    tp0!,ne*  
    < ;,S"e  
    Va/@#=,q]  
    2）设置多模高斯光源 " ,aT<lw.  
    ! N"L`RWD  
     #SihedWi  
    {?>bblw/d  
    [cTRz*\s  
    3) 设置优化函数 [,o5QH\Etq  
    leb^,1/D6  
    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)。 :U-US|)(2  
    rm)SfT<  
    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。 K7[AiU_I  
     {sfmWVp  
    H6PXx  
    TH(Lzrbg  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 spSN6 .j  
    H?=pWB  
    Gkodk[VuLs  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） B )1<`nJA  
    z7t'6Fy9'  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 [nN\{"~O  
    hV>4D&<  
    a. 打开参数优化 BudWbZ5>Ep  
    JW%/^'  
    z"s%#/#  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 1W}nYU  
    /:Z~"Q*r  
    图2
    &8X .!r`f  
    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： ,2 g M-  
    Kixr6\  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ,3J`ftCV  
    -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。 }4\!7]FVYX  
     &Xn8oe  
    G1?0Q_RN  
    图3
    z3vsz  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 /mMAwx  
    [ n0##/  
    图4
    Q2[prrk%j  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 1o;g1Z/  
    rt3f7 s*  
    图5 wzDk{4U  
    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： ~_l6dDJ  
    _Ra<|NVQh  
    图6
    dK J@{d  
    4.总结 x:A-p..e  
    Uxk[O  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ##EB; Y  
    H4 }%;m%  
    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。 #90[PASx  
    S/nj5Lh  
    $KwI}>E4  
    QQ：2987619807     n2xLgK=  
     
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