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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） .Qk{5=l6P  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 X X&K=<,Ja  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ni0LQuBp  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 uWrFunh%  
    O*4gV}:G  
    摘要 TMY{OI8a  
     iUCwKpb9  
    tnL."^%A2I  
    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。 .xnQd^qoac  
    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。 7*g(@d  
    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。     zP|*(*  
    O,]_ tp  
    1. 建模任务 9C>ynH  
     )(.%QSA\C  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ gDj_KKd  
    xiJz`KD&  
    !?n50  
    2. 方法 8L{$v~+  
     X{s/``n  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： PAr|1i)mB  
    HIrEv  
     ?KCxrzf  
    Hz5;Ruw'  
    Q~h6J*  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 :SQ LfOQ  
    pr)K{~m]{<  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 9Yd-m  
     -P*xyI  
    p/4S$ j#Tn  
    &EGY+p|2Y  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 |9x%gUm  
    `TAcZl=8  
    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。 Q{8qm<0g  
    B'!PJj  
    1) 评估最大模式阶数 Xv8fPP(  
    a2[ 8wv1  
    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：  .?70=8{  
    |O%:P}6c  
    "zXGp7Q'#  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 B6(h7~0(<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 GPMrs)J*!  
    17|@f  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `|uoqKv  
     $}V7(wu 6@  
    N JXa_&_  
    |z]aa  
    8~}s 3j4  
    2）设置多模高斯光源 H 'D#s;SlR  
    `~0P[>|+  
     otoBb^Mz  
    Jm%mm SYK  
    p|b+I"M  
    3) 设置优化函数 Tln9q0"W  
    $R8>u#K!  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 l&vm[3  
    (/('nY  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 i1tVdbC]  
     S!u6dz^[$X  
    zUNH8=U  
    c{^i$  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 =rtS#u Y  
    Ii,~HH  
    ;HR 6X  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization）  bkxk i@t  
    OTnu{<.a  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 P= &'wblm?  
    MJy;GzJ O  
    a. 打开参数优化 |*Of^IkG0  
    j!6elzg  
    "[#@;{@Gt  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 '" ^ B&W  
    >0kmRVd  
    图2
    @gH(/pFX  
    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： /A %om|+Gq  
    1 ,#{X3  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） "xL;(Fqu  
    -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。 '2 w XV;`  
     y;zt_O/  
    @47[vhE  
    图3
    .WBI%ci  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 N>Vacc_[  
    8f /T!5  
    图4
    $o/0A  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 R)sp  
    unCt4uX^  
    图5 pESB Il  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： &oon'q5;  
    #>7')G  
    图6
    x>U1t!'  
    4.总结 4 *Bp  
     %zA2%cq<  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 PN1(j|  
    6T R8D\  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 Es.toOH$S  
    $ /}:P  
    QQ：2987619807     I;`Ko_i  
     
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