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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） /Mx.:.A&$  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 k%!VP=c4s  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 BDp:9yau  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ? KF=W  
    %A=|'6)k2  
    摘要 :r-.r"[m-  
     -O /T?H  
    bkkSIl+Q  
    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。 pd7O`.3  
    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。 bZK+9IR  
    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。     K7S754m  
    PJ0Jjoh"Y  
    1. 建模任务 oL)lyUVT  
     )*Vj3Jx  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ _ Q{T';  
    $)l2G;&  
    |[DV\23{G  
    2. 方法 pOX$4$VR<  
     {9Db9K^  
    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： |;~nI'0O])  
    |FjBKj  
     *b:u * `@  
    b24di  
    S;>4i!Mb ^  
    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。 @OY1`Eu O  
    ,}n=Z  
    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。 e"lD`*U8R  
     OCwW@OC +  
    8V,"Id][  
    5d%_Wb'  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 r)c+".0d^  
    {[my"n 2  
    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。 Imke/ =h  
    :ao^/&HZ  
    1) 评估最大模式阶数 tI"wVr  
    u/;_?zI  
    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： Y' 2-yB  
    3_C98ClE  
    F9v)R #u~  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 =obt"K%n  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ?<Z)*CF)  
    @>+^W&  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 1bT' u5&  
     Av@& hD\  
    D7EXqo  
    !NIL pimi  
    YomwjKyuP  
    2）设置多模高斯光源 P_kaIPP  
    hcd!A 5  
     ;_>s0rUV  
    8y-e+  
    Dp%5$wF)8  
    3) 设置优化函数 K3a>^g  
    LQ~LB'L  
    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)。 A J<iM)l|  
    .L~fFns/  
    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。 +dDJes!]  
     0Ddn@!J*  
    Lr K9F^c  
    x&QNP  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 T_3V/)%@  
    czXI?]gg,  
    V#p G; ,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 2qt=jz\s  
    ( K^YD K  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 m]bL)]Z  
    z~GVvgd  
    a. 打开参数优化 OJnPP>  
    2q2p=H>&  
    \/? ! 6~  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 '=KuJ0`nE9  
    \a{Aa  
    图2
    $ iX^p4v  
    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： 6lB{Ao?|  
    R1]v}f_I"  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ;m-6.AV  
    -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。 >l7eoj  
     34"{rMbQ  
    @C!JtgO%  
    图3
    fs]#/*RR  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 '?&B5C  
    *O"%tp6  
    图4
    =g{_^^n  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 >qSO,$  
    q$e T!'x  
    图5 jEC'l]l  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果：  9OrA9r  
    u!=]zW%  
    图6
    'US:Mr3  
    4.总结 `XQx$I  
    Vvxc8v:  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 31 KDeFg  
    KUl Zk^a  
    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。 N[|by}@n  
    C=xo&I7  
    QQ：2987619807     umq$4}T '$  
     
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