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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） l?v`kAMR  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 8Kt_irD  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 OY7\*wc:  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 eKi/Mt  
    opxVxjTT#  
    摘要 8aZuI|z  
     &SfJwdG*=  
    BTjfzfO"  
    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。 \9;u.&$mNB  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 <jE6ye(R  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     3&'ll51t  
    x4|>HY<p?  
    1. 建模任务 wU,{ 5w  
     k<RJSK8  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ~6m-2-14q  
    T.O^40y  
    @r4ZN6Wn  
    2. 方法 7sKN`  
     Kk+IUs  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： q(<#7 spz  
    >(5*y=\i  
     Q<W9<&VZe  
    @Aa$k:_  
    Z&FC:4!!  
    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。 %Z~, F?  
    k%-_z}:3V  
    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。 {Ts@#V=:  
     ^]c/hb|X  
    uU(G&:@  
    U;Z6o1G  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 U">J$M@  
    RK?b/9y  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 54~`8f  
     ^ZnlWZ@r  
    1) 评估最大模式阶数 &09z`* ,  
    &os9K)  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 9Axk-c  
    YSwAu,$jf  
    A5-y+   
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 fy04/_,q  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 xcdy/J&  
    =g4^tIYq  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 RG/M-  
     d%_v eVIe  
    2|]$hjs  
    *KNj5>6=  
    >m='#x0>Y  
    2）设置多模高斯光源 Sx)b~*  
    =H6"\`W  
     jqq96hP,  
    tWR>I$O8F  
    )\!_`ob  
    3) 设置优化函数 'Lu7cb^  
    c:etJ  
    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)。 0,+RF "R  
    !|6M,Rk_  
    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。 [of{~  
     `|K30hRp:  
    O{Bll;C  
    5W"&$6vj  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 C9zQ{G  
    i5wXT  
    ,l`4)@{G  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 1A\Jh3;Q  
    (|%YyRaX  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 3YT>3f!\  
    0S8v41i6  
    a. 打开参数优化 _mVq9nBEf  
    l H:Y8j  
    $g&,$7}O_  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 xGsg'  
    pN# \  
    图2
    *olV Y/'O  
    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： |9>?{ B\a  
     fp!Ba  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） #xL^S9P  
    -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。 ,ErJUv  
     8a{S*  
    w@&g9e6E  
    图3
    5dc24GB>_  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 :m*r( i3  
    $s$j</.q  
    图4
    *Y !'3|T  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 .ko8`J%%M  
    *L_+rJj,  
    图5 !Ra.DSL  
    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： (iM*Y"Y  
    UHr0J jQK  
    图6
    dIk/vg  
    4.总结 <aps)vF  
    zK.%tx}+=k  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 3S4'x4*  
    rPaUDR4U  
    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。 FPj j1U`C  
    !Ld0c4  
    MZp`  
    QQ：2987619807     E}eu]2=nU}  
     
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