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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） vACJE  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 tyU'[LF?  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 C0}@0c  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 $1uT`>%  
    ZZ324UuATX  
    摘要 sW&5Mu-  
     B2^*Sr[  
    REGk2t.L  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 @h,3"2W{Ev  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 OsV'&@+G>  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     E}g)q;0v|2  
    JFu9_=%+  
    1. 建模任务 A&S n^mw  
     `kYcTFk  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ #SX-Y)> 1@  
    jdX *  
    Bp-e< :  
    2. 方法 #Dp]S, e  
     &&ZX<wOM  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 2C AR2V|  
    VZ$^:.I0  
     ~X<?&;6  
    KP&$Sl  
    N}ZBtkR  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 E1D0 un  
    1<;VD0XX  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 oV'G67W  
     L./{^)  
    ^Rb*mI  
    Om(Ir&0  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 qH(HcsgD  
    ZkryoIQ%=  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 %J8uVD.2  
    tu's]3RE  
    1) 评估最大模式阶数 8osP$"/o  
    v Q51-.g  
    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： @^.o8+Pp  
    ldnKV&N  
    bT MgE Y  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 TPn#cIPG  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 7$mB.\|  
    \U>|^$4 #5  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 (SMk !b]}  
     >U)>~SQf  
    Zi}j f25  
    ~?:>=x  
    .=zBUvy  
    2）设置多模高斯光源 >P ~j@Lv  
    "?^#+@LV  
     4BZ7R,m#.  
    [)?yH3  
    %c@PTpAM  
    3) 设置优化函数 Q^8/"aV\  
    =E62N7_`=  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 hi/Z>1ZOX  
    &88c@Ksn  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 J7HY(7Nx  
     LIll@2[  
    Sd/7#  
    v]#[bqB.b  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 K >Q 6  
    qJE_4/<^!  
    ux~=}{tz  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 49ehj1Se  
    X\kWJQ:  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 S`Z[MNY  
    b&6lu4D  
    a. 打开参数优化 Uy|Tu~  
    U6.hH%\}@  
    s>)?MB*vb  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 N'CW Sf.e  
    o]WcODJdl  
    图2
    mkq246<D~  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Vha,rIi  
    4X!4S6JfB  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ^r,0aNzAs  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 bB)$=7\  
     > Edsanx  
    L)qUBp@MW  
    图3
    ,w f6gmh8  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 cG&@PO]+.  
    z<%dWz  
    图4
    ?*.:*A  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 NkoyEa/^[  
    raZkH8  
    图5 =!)x`1j!S  
    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： SLNq%7apx  
    9z`72(  
    图6
     tN.$4+  
    4.总结 VK!HuO9l  
    < {h \Msx%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 qMoo#UX  
    {-Gh 62hDg  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 6uTC2ka[&R  
     ^"~r/@l  
    QQ：2987619807     lI~8[[$xd  
     
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