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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） Id*Ce2B  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ?xA:@:l/  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Mc@e0  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 8<5]\X  
    # q~e^A b  
    摘要 &)2i[X  
     z__EYh  
    N%kt3vmQ_  
    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。 ; a/X<  
    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。 9K.Vb1&  
    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。     :1^LsLr5  
    wrviR  
    1. 建模任务 3^IpE];+:u  
     <5d ~P/,  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ a Ve'ry  
    &\#sI9  
    -#7'r<I9@  
    2. 方法 f< ia(d  
     i3dkYevs?  
    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： vN Vox0V  
    B#exHf8  
     7X`l&7IXP  
    \j+1V1t9  
    $>G8_q  
    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。 H  >j  
    QFE:tBHe  
    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。 =FlDb 5t{  
     i% w3/m  
    w+C7BPV&  
    Gp1?iX?ml  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 63^O|y\W8  
    vV6<^ W:9F  
    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。 4Fa~Aog  
    %!]@J[*1  
    1) 评估最大模式阶数 neB\q[k  
    ;"KJ7p  
    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： \"qY"V  
    $}RJ,%~'x  
    UGD2  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 oin$-i|Xp!  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 6,o~\8ia  
    " f <Z=c  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 pyH:#5  
     c*(bO3 b  
    -5 RD)(d  
    6TYY UM"&  
    pSoiH<33  
    2）设置多模高斯光源 7OC#8,  
    *Tas`WA  
     'ZT^PV \  
    46$._h P  
    -jW.TT h]  
    3) 设置优化函数 dpJ_r>NI  
    2K< 8  
    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)。 wE[]6\_x1  
    u_hD}V^x4  
    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。 1cxrH+N  
     wL;l Q&  
    $()5VM b  
    QXL'^uO  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 PbW(%7o(t  
    /rM I"khB  
    %Da8{%{`Pc  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Z&#('Z  
    b$4"i XSQ  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 $g/SWq  
    FR$:"  
    a. 打开参数优化 N2B|SO''  
    T~--92[  
    L\Aq6q@c  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Y ?S!8-z  
    Hcl(3> Jn2  
    图2
    D'7SAFOM  
    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： %4ePc-  
    4 K!JQ|9  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 0F]>Jby  
    -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。 M*!agh  
     JF # # [O  
    o1Ph~|s*8  
    图3
    I2TaT(e\  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 c0PIc^R(@  
    , 0imiv  
    图4
    ,#Iu 7di  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ?>hPO73{  
    }B8IBveu  
    图5 IHe/xQ@  
    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： 3 N.~mR  
    >{N9kW Y  
    图6
    * vflscgt  
    4.总结 :QpuO1Gu  
    }x@2]juJ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 &Nj3h(Ll  
    J!0DR4=Xi  
    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。 9bP^`\K[N  
    L0* nm.1X  
    ^oVs+vC  
    QQ：2987619807     0KYEb%44  
     
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