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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） ;5S9y7[i|  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 p'*>vk  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 C'.L20qW  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 _/-jX  
    6;\I))"[  
    摘要 ZojI R\F^  
     =S+wCN  
    93("oBd[s(  
    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。 \IV1j)I"u  
    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。 t^R][Ay&  
    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。     8*#R]9  
    F;4vPbH+  
    1. 建模任务 pN:Kdi  
     Sq/ qu-%X  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ~J wb`g.  
    0WZ_7C?  
    fk6%XO  
    2. 方法 f_jo+z{-ik  
     "GMBjT8  
    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：  *'.|9W  
    5cL83FQh  
     |:q=T ~x  
    e6R}0w~G  
    (C-{B[Y  
    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。 )t0$qd ]  
    n'wU;!W9  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 , pDnRRJ!  
     ); !eow  
    Bu<M\w?7Y  
    ww\CQ6/h  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ov ` h  
    ]HKQDc'  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 WejY y|  
    m4hX 'F  
    1) 评估最大模式阶数 [')m|u~FS4  
    jSh5!6O  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 8Wrh]egu1  
    h58`XH  
    @Owb?(6?  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 .zA^)qgL  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 sT3^hY7  
    zT =Ho   
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 4ni<E*  
     PWaw]*dFmy  
    f2Klt6"9  
    Q i,j+xBp  
    /\ y?Y  
    2）设置多模高斯光源 B8.Pn  
    B6u/mo<  
     l4 D+Y  
    ocqU=^ta  
    \f]k CB  
    3) 设置优化函数 x5,++7Tz  
    mq aHwID  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 oX#Q<2z*  
    Q8:Has  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 &oP +$;Y  
     nOt&pq7  
    wxR,OR  
    R@58*c:U(  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 7L`A{L  
    A;;fACF8e  
    0[R L>;D:  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 4,bv)Im+ `  
    |'.*K]Yp  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 *;l]8.  
    T%.8 '9  
    a. 打开参数优化 9v;Vv0k_  
    RY]#<9>M  
    Jv>gwV{  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 !^^?dRd*v  
    dT`D:)*:  
    图2
    N+m)/x =:  
    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： n&{Dq}q  
    8ZM?)# `@{  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） `n#H5Oyn  
    -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。 ;\a YlV-  
     5QW=&zI`=  
    X\`_3=  
    图3
    >QjAoDVX?  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 zcel|oz)  
    sT !~J4  
    图4
    =!kk|_0%E  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 bV(Y`g  
    2QD3&Q9  
    图5 0C =3dnp6  
    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： $*SW8'],`  
    [=E  
    图6
    [="e ziM{  
    4.总结 b=g8eMm  
    _g+JA3sIJ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ta35 K"  
    H2&@shOOQJ  
    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。 OP~HdocB  
    aO]ZZleNS  
    QQ：2987619807     Z,RzN5eN  
     
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