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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） G2}e@L0  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 6'qC *r   
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱  uvf}7  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Kdwt^8Umh  
    -?68%[4lm_  
    摘要 9;u&,R  
     4q\bnt  
    [.NG~ cpb  
    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。  ,L}  
    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。 :;]iUjiC8  
    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。     =%V(n{7=  
    vMV}M%~  
    1. 建模任务 i>68gfx  
     K=82fF(-  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ >HY( Ij<  
    _]whHS+  
    3R sbi  
    2. 方法 na1*^S`[  
     G>);8T%l  
    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： oMV<Yn_<  
    &%Lps_+fJ  
     '{?7\+o.x  
    3B5GsI  
    /!mF,oR!  
    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。 t$lO~~atr  
    ub/9T-#l  
    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。 09SLQVo  
     @Js^=G2  
    RrGFGn{  
    OF)G 2>t  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 $ kA'9Y  
    R6A{u(  
    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。 M3U*'A\  
    ~S,R`wo  
    1) 评估最大模式阶数 |aovZ/b4  
    :q0TS>l  
    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： z"n7du}v  
    K*_5M  
    pp#xN/V#a  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 uwcm%N;I"  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #Jo#[-r  
    3S~Gi,  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 $-}a<UFE;  
     <n)J~B^  
    [%alnY  
    ,X05&'@Z  
    U$fh ~w<[  
    2）设置多模高斯光源  Ip0~  
    s?8vs%(l  
     +$-@8,F>  
    =skw@c ^  
    bZE;}d  
    3) 设置优化函数 4Y)rgLFj  
    G98P<cyD  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ok"v`76~f5  
    w@&4dau  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 `5V=U9zdE  
     K\7\  
    avmuI^LLs  
    ?+]prbt)  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 !y&uK&1  
    K/,y"DUN&  
    rff=ud>Jf  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） a5/6DK>  
    Li jisE  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 #E?TE  
    4;]<#u  
    a. 打开参数优化 Ua>lf8w<  
    OR&'  
    b ?p <y`  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (h} 5*u%h  
    4&}V3"lg  
    图2
    Z r}5)ZR.  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Rr'#OxF  
    vr,8i7*0  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） TSGJ2u5ie%  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 h%9>js^~  
     _6b?3[Xz  
    6zmt^U   
    图3
    ,f4VV\  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Rqi= AQ  
     kYls jM  
    图4
    ,N[N;Uoj  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 77FI&*q  
    'MM%Sm,  
    图5 o$*aAgS+  
    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： [Eeanl&x>  
    vD=>AAvG  
    图6
    O%g Q  
    4.总结 L}E~CiL0n  
    #Tz$ona  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 0rt@4"~~w  
    _JVFn=  
    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。 n{d0}N =  
    aC\O'KcH  
    QQ：2987619807     U9<AL.  
     
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