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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） aY6]NpT  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 sA:0b5_a  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 <` HLG2  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 b5KX`r  
    ,>e)8  
    摘要 S__+S7]Nr  
     )R,*>-OPJL  
    =U2`]50  
    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。 ar R)]gk 7  
    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。 jwGd*8 /  
    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。     mR?OSeeB  
    ."cC^og  
    1. 建模任务 .DIHd/wA  
     V&[|%jm&   
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ^+!!:J|ra  
    jg' 'T1)  
    L7C!rS  
    2. 方法 .z)&#2E  
     A03,X;S+  
    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： enE8T3   
    m8#+w0p)  
     8+Oyhd*|  
    e*=N\$  
     pb6z)8  
    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。 n*hHqZl  
    ,\xeNUZd  
    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。 V;Te =4  
     `+{|k)2B  
    px" .pYr0  
    nu|;(ly  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 d 6j'[  
    cT-XF  
    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。 ;y Wfb|!  
    /5EM;Mx  
    1) 评估最大模式阶数 j)]mN$Sa:  
     UcKpid  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： zH eqV  
    {H=DeQ  
    Sc`W'q^X  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 1s"6  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #'_i6  
    ]|@RWzA  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 T\NvN&h-  
     lL/|{A|-j  
    UW8 8JA0  
    o!dTB,Molr  
    m?`U;R[  
    2）设置多模高斯光源 E}00y%@*J  
    \J.PrE'(}  
     YP5V~-O/  
    gR )xw)!  
    37Q9goMov  
    3) 设置优化函数 %lF}!  
    ^`!5!|  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 'x$>h)t]  
    aq@/sMn  
    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。 PVC\&YF  
     Z ^zUb  
    rd vq(\A  
    h%|Jkx!v-t  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 "u@)   
    }uz*6Z(S  
    KU|dw^Yk  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） oj/,vO:QT  
    1O"7%Pvw  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 MdV-;uf  
    4 Z.G  
    a. 打开参数优化 eZ'J,;  
    -]C3_ve  
    ]2`PS<a2  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 tsaf|xe  
    iaPrkMhd  
    图2
    qv>?xKSm  
    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： |gxT-ZM  
    @ )owj^sA  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） |j3mI\ANF  
    -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。 7O84R^!|2  
     kmXpj3  
    v!{mpF  
    图3
    35|F?Jx.r  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 U bUl]  
    jODx&dVr  
    图4
    4=^_ 4o2  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 G$kspN*"A  
    +nU"P  
    图5 >|1.Z'r/  
    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： wH&[Tg  
    nG hFYQl  
    图6
    mF7T=pl  
    4.总结 G9"2h \  
    a"ZBSg(  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 MLf,5f;e  
    ig(dGKD\=9  
    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。 Z\Qa6f!  
    Pp.qDkT  
    QQ：2987619807     O%?noW  
     
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