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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） lF}[ YL  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 qO6M5g:   
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 sJ6.3= c  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 d |17G  
    ASqYA1p.  
    摘要 B[b>T=  
     BP/nK.  
    kR=sr/{  
    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。 rT2Njy1  
    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。 @MSmg3 &  
    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。     DbGS]k<$  
    h}O tz "  
    1. 建模任务 E&U_1D9=L<  
     |{9<%Ok4P  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ?=1eHnP!R  
    l=?e0d>O  
    +,e#uuj$p  
    2. 方法 j=r1JV @  
     $/wm k7T  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： sz9W}&(j  
    B+W7zv  
     \n<! ld  
    *HoRYCL  
    ^Jp T8B}  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 4'QX1p  
    jTa\I&s,A  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 hGtz[u#p  
     Giyh( DL  
    \^)i!@v  
    }c/p;<  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 >Hf{Mx{<  
    sfF~k-  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 Ht[$s40P  
    (`(D $%  
    1) 评估最大模式阶数 u)oAQ<w  
    H/o_?qK  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： Kg%9&l  
    64B.7S88  
    b A+_/1C  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 1T!o`*  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 PUR,r%K`  
    P< OH{l  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Xm#W}Y'  
     ]W?cy  
    yF)J7a:U  
    lBfthLBa  
    dT0W8oL  
    2）设置多模高斯光源 futYMoV  
    QDn_`c  
     zls^JTE  
    -4x! #|]  
    M Z"V\6T]  
    3) 设置优化函数 !kSemDC  
    aA4RC0'  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 b;VIR,2  
    J920A^)j!  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 PaSwfjOnqr  
     pl>b 6 |  
    c \??kQH  
    ,?yjsJd.  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 J6CSu7Voa  
    ?c?@j}=?yY  
    W_wC"?A%  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） \r IOnZ.WK  
    |>(Vo@  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ^Z)7Z% O  
    +~V_^-JG&  
    a. 打开参数优化 >IS4  
    1T#-1n%[k(  
    LhAN( [  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 FC+-|1?C  
    IER;d\_V<  
    图2
    O + aK#eF  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Tp-W/YC  
    dlo`](5m  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） "=Z=SJ1D  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 <9&GOaJ  
     6H0kY/quL|  
    :WWHEZK  
    图3
    {qHQ_ _Bl  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 \Yj_U'2"i  
    L&+k`b  
    图4
    _kBmKE  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 yreH/$Ou 8  
    dXDyY  
    图5 N $>Ml!J  
    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： (tA[]ne2  
    )F hbN@3  
    图6
    $z OV*O2  
    4.总结 Lf9s'o}.R  
    b6S"&hs  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 :Jyr^0`J  
    "d-vs t5  
    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。 NdJ]\>5oN,  
    Gu{1%bb#kL  
    QQ：2987619807     lFuW8G,-f@  
     
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