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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） m7m)BX%O  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Y .\<P*iO  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 LkUi^1((e  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 2"L a}Vx2  
    SSa0 x9T  
    摘要 xs$ -^FnD  
     3Vb/Mn!k  
    6ragRS/'x  
    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。 eLN[`hJ  
    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。 vU,;asgy  
    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。     qM:*!Aq 0g  
    UpCkB}OhR1  
    1. 建模任务 WOuk> /  
     )VFS&|#\  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ !yf7y/qY  
    o.KE=zp&z  
    |NXe{q7{  
    2. 方法 :A]CD (  
     4W36VtQ@E  
    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： ue"e><c6:  
    ?/^x)Nm  
     E sx`UG|  
    ed4`n!3  
    HWi: CDgm  
    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。 .vhEm6wJUM  
    3C(V<R?  
    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。 ETtoY<`#  
     2M3C 5Fu  
    Dh B*k<S  
    udGZ%Mr_  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Ue2k^a*Ww  
    <l"rnM%  
    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。 @[w.!GW%  
    "y$s`n4Mj  
    1) 评估最大模式阶数 9:]|TIPi  
    3pI)  
    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： H4JwgQ  
    $BWA= 2$  
    QeipfK+me  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @sLB _f  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 \:`-"Ou(*  
    ()%;s2>F  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Xo~kB)|,  
     I<LIw8LI  
    `Fs-z  
    0%>_fMaA  
    |n+ ` t?L^  
    2）设置多模高斯光源 ps@{1Rn1  
    XZ[3v9?&n  
     6SN$El 0|G  
    WiCJhVF3  
    l6k.`1.In  
    3) 设置优化函数 &<oDl _^  
    b<"LUM*;  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 - {|  
    2RC@Fu~zaU  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 wQw y+S  
     '"fZGz?  
    2kVQ#JyuRI  
    bd@1j`i  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 vN3uLz'<  
    TC^fyxq  
    f,QBj{M,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） j<C p&}X  
    [pYjH+<  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Swnom?t  
    7) 37AKw  
    a. 打开参数优化 ZRLS3*`  
    O t1:z:Pl  
    0rj50$~$]  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 i+eDBg6  
    n>i}O!agg  
    图2
    G>w+J'7  
    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： TwLQ;Q  
    fVx_]5jM  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） g.d~`R@v  
    -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。 ?N(opggiD  
     W+D{4:  
    ?_+8K`B  
    图3
    '(!U5j  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +W[NgUrGJ  
    ]d -U  
    图4
    eL{6;.C  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 N/i {j.=  
    4]mAV\1  
    图5  dPCn6  
    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： (H-}z`sy/@  
    W@FRKDixG  
    图6
    Lm"zW>v  
    4.总结 \1mTKw)S  
    Cso-WG,  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 =Xh*w  
    VAet!H+]  
    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。 e<1)KqG  
    bA8RoC  
    QQ：2987619807     }Z3+z@L  
     
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