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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） pv2_A   
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 _S:6;_bz  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 W1X\!Y  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 nG;wQvc  
    JZp*"UzQr  
    摘要 \Q"o\:IoIT  
     _//)|.6c3  
    \F%5TRoC  
    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。 **rA/*Oc  
    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。 U^4 /rbQ  
    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。      ^o+}3=  
    ^(I4Do~}  
    1. 建模任务 -bHQy:  
     CW k#Amt.  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ :>to?~Z1  
    @sly-2{e1  
    o+W5xHe^1  
    2. 方法 @psyO]D=j%  
     {aI8p}T  
    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： 2= X2M  
    3X$)cZQ  
     Y:C7S~  
    0uzm@'^  
    J=4R" _yo  
    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 vwa/?  
    THirh6  
    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。 qG7^XO Ws-  
     $x5P5^Y  
    <va3Ly)c&  
    c[ ]_gUp8  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 5EDN 9?a  
    Ev;HV}G  
    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。 ~lMw*Qw^  
    5T;M,w6DV  
    1) 评估最大模式阶数 {S(d5o8  
    Z%~j)  
    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： /5 Wy) -  
    pN/)$6=  
    4g]Er<-P  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 I%^Ks$<"  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 )W)m?%  
     5k.NZ  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 W HO;;j  
     {J q[N}  
    vlth\ [  
    DGr{x}Kq  
    ";38v jIV  
    2）设置多模高斯光源 J@Eqqyf"  
    5Jq~EB{"  
     %pgie"k   
    V| b9zHh  
    D8N}*4S  
    3) 设置优化函数 8;;!2>N  
    kA?a}   
    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)。 xc[@lr  
    <y=VDb/  
    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。 <m9hM?^q  
     pDb5t>  
    o9G%KO&;D,  
    q%TWtQS  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 &=H{ 36i@  
    S!<YVQq  
    #pP4\n-~hU  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） GqumH/;  
    9Y!N\-x`  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 R/r)l<X@  
    Ov"]&e(I[  
    a. 打开参数优化 \#.,@g  
    LnIln[g:  
    8A}w}h  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 /%9D$\  
    >_P7k5Y^  
    图2
    4s nL((  
    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： zbK=yOIOd  
    k\$))<3  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） w2!G"oD  
    -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。 $&/JY  
     GZ0? C2\  
    w naP?|/  
    图3
    ]|62l+  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 1S9(Zn[2,  
    t-Rfy`I3  
    图4
    Bz<T{f  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 [ qt hn[3  
    RY'f%c  
    图5 >(mp$#+w  
    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： hc OT+L>  
    AE`X4q  
    图6
    `s5<PCq  
    4.总结 CsHHJgx  
    tJ[yx_mf  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -SZXUN  
    HE58A.Q&  
    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。 DhZuQpH  
    51j5AbFQ"  
    QQ：2987619807     1BT]_ cP  
     
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