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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） >d =k-d  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 c Mq|`CM  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 U@H SU%H  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 [K^RC;}nV^  
    XWkYhTaY  
    摘要 \5Hfe;ny-~  
     zzM 'uo  
    ^s^X nQhE  
    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。 #U^@)g6  
    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。 ;:v:pg8qc  
    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。     (i {  
    0 ~VniF^  
    1. 建模任务 By" =]|Q  
      $///N+B  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ X[R/j*K  
    hW(Mf  
     0N md*r  
    2. 方法 zI&oZH^vn  
     u\50,N9Wp{  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： %|UCs8EFm  
    }yUZ(k#  
     G"wy?  
    `C,479~J  
    ='a$>JVJ5  
    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。 _Y=>^K]9K  
    O.}{s;  
    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。 (Ori].{C.J  
     _E3*;  
    TC'tui  
    l9\ *G;  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 -Zkl\A$>  
    'RXh E  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 N\rbnr  
    +Ibcc8Qud  
    1) 评估最大模式阶数 s~,Ypo?  
    \It8+^d@  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： .#@*)1A#t  
    |.X?IJ`  
    Pr9$( 6MX  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 XB zcbS+  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 :A>cf}  
    {U>B\D  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 p1q"[)WVn^  
     n)gzHch  
    tRFj<yuaq  
    }O-|b#Q  
    5?{a=r9  
    2）设置多模高斯光源 5$/ED3mcK  
    O$+0 .  
     82{Lx7pI  
    /{6PwlP5  
    xx_]e4  
    3) 设置优化函数 |\Nu+w   
    ^fa+3`>  
    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)。 D:4Iex9$F"  
    R_`i=>Z-  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 oSq4g{xvMH  
     W{<_gD9  
    akoK4!z  
    1YL6:5n  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 VyK[*k yN  
    fYBmW')  
    {1Z8cV   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） UiO%y  
    PRg^E4  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 YBehyx2eK  
    @m[q0G}  
    a. 打开参数优化 BIqZg$  
     Y[#EFM  
    ;EDc1:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 K-vG5t0$\/  
    &NM.}f  
    图2
    L|A}A[P  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： AwN7/M~'  
    ;/l$&:  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Q]?r&%Y  
    -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。 r)E9]"TAB  
     ra2sYH1wr  
    ,rc?,J1l  
    图3
    Z]OXitt7  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 v,Eqn8/O  
    7L)edR [  
    图4
    >zx]% W  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 YW9r'{(D(I  
    WZ,}]D  
    图5 sF-{ (  
    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： Av6=q=D  
    ])Rs.Y{Q5  
    图6
    5yBaxw`  
    4.总结 ;r<(n3"F  
    +c'b=n9j  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  KT'Ebb]  
    i;Y3pF0%P  
    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。 B6qM0QW  
    ^K[WFiN}  
    QQ：2987619807     Y%$@ZYW  
     
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