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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） p-a]"l+L  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 {~":;  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Q4#\{" N!  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 y+l<vJu  
    $B*qNYpPy.  
    摘要 p$B)^S%0i  
     Xx=K?Z?3.  
    B6-AIPb  
    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。 T..-)kL+p  
    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。 Dy98[cL  
    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。     4;08n|C  
    "MW55OWYU  
    1. 建模任务 //VG1@vaVX  
     ><MGZ?-N  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ \%Pma8&d  
    o@Dk%LxP  
    OX'/?B((  
    2. 方法 7l[t9ON  
     AX/=}G  
    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： no eb f  
     GE{8I<7c  
     g8C+1G8  
    7$;c6_se  
    ;]|m((15G  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 Kv(Y }  
    ^!N;F"  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 y[TaM9<  
     =9#i<te  
    pIk4V/ fy  
    ':5U&  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 #Lu4OSM+  
    hj%}GP{{  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 bfcD5:q  
    OFJJ-4[_3  
    1) 评估最大模式阶数 wCqE4i  
    {6REfY c  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： w;yar=n  
    rCV$N&rK  
    fo/(()  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Lqy|DJ%  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Ut0qr kqF  
    r%O rH-T  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 r>n8`W  
     hg)!m\g  
    `K1PGibV  
    vLVSZX  
    %t,1_c0w  
    2）设置多模高斯光源 p8 E;[  
    -Hl\j (D7  
     Cf8R2(-4  
    \J#I}-a&j  
    #)Id J]  
    3) 设置优化函数 >B|ofwm*  
    67EDkknt  
    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)。 ~cWLu5  
    #CBo  
    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。 *GY,h$Ul  
     @DjG? yLK$  
    KV3+}k  
    |wl")|b%  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 *;~{_Disz  
    hU=f?jo/  
    &QHA_+88W  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） &AkzSgP  
    `0-m`>1>  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 lSKv*  
    WoN]eO  
    a. 打开参数优化 l-JKcsM  
    l%3Q=c  
    60SenHKles  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )xXrs^  
    P-*R N   
    图2
    _'o^@v:  
    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： P7^TRrMF  
    FL*w(Br.  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） /3bca!O  
    -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。 ?7uStqa  
     3vEjf  
    0bRkC,N (  
    图3
    |Cxip&e>  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 U~QCN[gh  
    h3vm< R;  
    图4
    #6#BSZ E  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Yqj.z|}Nb  
    4 Q>jP3  
    图5 M`f;-  
    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： -t706(#k  
    `dq3=  
    图6
    )y [[Se  
    4.总结 J0Rz.=Y  
    D=Yag!1  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Toa#>Z*+Rb  
    DdA}A>47  
    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。 ;gw!;!T  
    LKwUpu!  
    QQ：2987619807     rSFXchD/  
     
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