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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） RX"~m!26  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 P&g.%8b~84  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 6he (v  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 l<DpcLX  
    S&q(PI_"  
    摘要 asj*/eC$/i  
     RJ63"F $  
    [V2`t'  
    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。 n){F FM  
    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。 qX_( M2oLU  
    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。     IncHY?ud<  
    Cg]Iz< <bE  
    1. 建模任务 mI4)+8SUu  
     {>]7xTpwZ  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ x$gVEh*k  
    )a;ou>u  
    0hCrEM!8  
    2. 方法 S-Z s  
     #q-7#pp  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： [BLBxSL  
    4UV6'X)V  
     WF&?OHf2  
    IPTEOA<M[  
    ohW qp2~  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ]!mC5Ea  
    ?c7} v  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Dpf"H  
     F,)\\$=,  
    >P_/a,O8  
    ^?Y x{r~9  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ?z/ )Hkw  
    "I n[= 2w  
    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。 \|wUxijJ*,  
    gQ8FjL6?  
    1) 评估最大模式阶数 /t $J<bU  
    v "Yo  
    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： :,~]R,tJQ  
    >I&'Rj&Mc  
    -V\$oVS0S  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 >`S $(f  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 4],*y`& g  
    '0MH-M  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ^:Hx.  
     R>#BJ^>=  
    wusj;v4C4M  
    y$h.k"x`  
    qHtonJc  
    2）设置多模高斯光源 na)-'  
    x./l27}6  
     6|HxBC#4  
    kbcqUE  
    p@Va`:RDW  
    3) 设置优化函数 N#!**Q 0  
    lq[o2\  
    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)。 or)v:4PXW  
    F caO-  
    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。 6_vhBYLf  
     ynQ+yW74Z  
    y2=`NG=  
    f*tKj.P  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 3Gyw^_{J  
    u}~jNV  
    xoQ;fVNp  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） n5e1k y*9w  
    'Io2",~ M  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 }r _d{nhi  
    *41 2)zEy  
    a. 打开参数优化 EH2a  
    FQp@/H^  
    8+=-!": ]  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 =e j'5m($3  
    ^W)h=49PN  
    图2
    Zy+EIx  
    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： 3~5 %6`  
    = 3("gScUj  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） //O9}-  
    -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。 |Js?@  
     Ao}J   
    PrwMR_-  
    图3
    A KjCm*K(q  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 t,4'\nv*  
    E2%{?o  
    图4
    l NhX)D^t  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 A!bH0=<I  
    5<=ktA48[  
    图5 bayDdR4T  
    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： ?]In@h-  
    23_\UTM}1  
    图6
    wB0K e  
    4.总结 YVT\@+C'  
    p*l]I *x'<  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 9@{=2 k  
    HgfeSH  
    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。 UL<*z!y  
    wz1fl#WU  
    QQ：2987619807     )(`HEl>-9c  
     
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