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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） bB }$'  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 wx\v:A  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 cKN$ =gd  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 vgD {qg@  
    [v$0[IuY,  
    摘要 D,;\o7V  
     !E,A7s  
    mK[)mC _8  
    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。 994` ua+  
    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。 Q9U f.Lh2  
    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。     XGJj3-eW {  
    klQC2drS  
    1. 建模任务 L,SGT8lL  
     kxp) ;  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 3ia^\ jw  
    C|d\3S\(  
    v.Q(v\KV5  
    2. 方法 N-jTc?mT~&  
     !iH-#B-  
    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： !l|5z G  
    O$D'.t  
     |l&vkRrN  
    61/.K_%I.  
    xfy1pS.[:  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 fLDg~;3  
    CSGz3uC2D  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 pAb.c  
     5nTY ?<x`k  
    w^Lta  
    wj[\B*$?  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 NB\{'  
    TT50(_8  
    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。 A,V\"KU  
    "]oO{'1X  
    1) 评估最大模式阶数 /CuXa%Ci^  
    T21ky>8E  
    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： HS{(v;  
    4J;-Dq  
    >ELlnE8  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 NZP.0coY  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 /" ${$b{  
    # altx=6'  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 |} {B1A  
     .!1S[  
    z\0 CE]#T  
    Pt@%4 :&-h  
    Eo\UAc  
    2）设置多模高斯光源 4l!@=qwn  
    XYS'.6k(  
     lc2i`MC  
    "Fy7K#n  
    R+nMy=I%8  
    3) 设置优化函数 -zp0S*iP7  
    /;7y{(o  
    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)。 f;&]:2.j  
    !L;\cl  
    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。  ] GHt"  
     a 4=N9X  
    % r-V2)  
    %]gn?`O  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 G0`h%  
    &?uz`pv2  
    yC3yij<oR  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Mmo6MZ^  
    >iOzl wmG  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 B!dU>0&Ct  
    uQ=^~K:Z~  
    a. 打开参数优化 HJ2*y|u  
    rQOWLg!"  
    -D N8Yb  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (x"BR  
    xXY.AoO6  
    图2
    !IC-)C,q  
    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： SG?Nsp^%`B  
    )mJf|W!Z#  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） l" q1?kaVg  
    -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。 3#vinz  
     Yz4_vePh+5  
    <W`#gn0b6  
    图3
    :LWn<,4F&  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 J0 k  
    (faK+z,*6R  
    图4
    rUlS'L;$"  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 t4q ej  
    Fhv2V,nZ<  
    图5 CvPioi  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： uk9g<<3T  
    -w;(cE  
    图6
    & SAH2xR  
    4.总结 Ku/~ N#  
    F$Ca;cP"  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 LuR,f"%2  
    IcrL   
    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。 < AI;6/  
    X53mzs  
    ESg+n(R  
    QQ：2987619807     [xfaj'j=@  
     
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