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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） W6>t!1oO+  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 n yPeN?-  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 V. i{IW  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 =M-=94  
    A3tv'-e9  
    摘要 K!\v ?WbF  
     ?0:]% t18  
    ,!Q nh:  
    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。 TsT5BC63  
    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。 2LN6pu  
    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。     vW eg1  
    X[ Ufq^fyA  
    1. 建模任务 *y?6m,38V  
     u3qx G3  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ?`e@ o?  
    stK}K-=`  
    ?l%4 P5  
    2. 方法 iwM xTty  
     W2rd [W  
    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： #b*4v&<  
    .g}N@  
     M7?ktK9`ma  
    cdkEK  
    yq|yGf(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。 =5*Wu+S4r  
    rP]|`*B  
    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。 db,?b>,EE  
     "XxmiK  
    eEBNO*2  
    ?xv."I%  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 v3cMPN  
    A^FkU  
    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。 6oLOA}q   
    ynM:]*~K  
    1) 评估最大模式阶数 \h3HaNC  
    #z>I =gl  
    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： DgcS@N  
    4>oM5Yf8  
    d6*84'|!  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,Tar?&C:  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~vt*%GN3  
    >vo 6X]p~  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 &4evh<z  
     $"NH{%95}  
    ZqrS]i@$  
     Mj1f;$  
    0,~s0]h0V  
    2）设置多模高斯光源 pLe4dz WA  
    A z@@0  
     3 .#L  
    4+>yL+sC%v  
    xP~GpVhLF  
    3) 设置优化函数 n\D/WLvM  
    V0 {#q/q  
    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)。 i[9gcL"  
    OKm,iIp]  
    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。 >b"@{MZ@t  
     I2HV{1(i  
    C zw]5  
    zqt<[=O  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 cO{NiRIb  
    kwUUvF7w  
    e eN`T&cI  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） p}sM"}Ul  
    ssQ1u.x9  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 sryA(V  
    RQWUO^&e^  
    a. 打开参数优化 yLLA:5Q1  
    <%3fJt-Ie  
    Dti-*LB1  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 p/_W*0/i  
    eCKm4l'BZ  
    图2
    *A!M0TK?i,  
    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： ^k % +ao  
    w uY-f4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） i 7T#WfF  
    -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。 I`XOvSO  
     yn ofDGAf  
    cd,'37pZ  
    图3
    ESoqmCJjb:  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 )M Iw/  
    d(t)8k$  
    图4
    Bn 8&~  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :CM-I_6  
    jA?[*HB  
    图5 9nQyPb6  
    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： = .S2gO >  
    @A8y!<  
    图6
    An(gHi;1$  
    4.总结 FEhBhv|m  
    o7+<sL  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 J6EzD\.Y)  
    +Q_xY>ej  
    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。 JfJ ln[  
    RgFpc*.T  
    QQ：2987619807     YdvXp/P:|  
     
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