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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 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） U$+EUDFi3_  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 dU`kJ,=Z  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 _m.u@+g  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 0c6b_%Rd  
    WWf#in  
    摘要 rCt8Q&mzf  
     >&pB&'A a  
    gR7in!8  
    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。 +i"^"/2f{  
    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。 Z:>)5Z{'  
    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。     =PU! hZj"L  
    zt&"K0X|  
    1. 建模任务 N_jpCCG~  
     $?x;?wS0V  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ MZJ@qIg[Y  
    TS2zzYE6Z  
    ]#$l"ss,  
    2. 方法 6:\0=k5  
     LtrE;+%2oz  
    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： V46=48K.  
    %=w@c  
     ''p7!V?  
    MBp,! _Q6  
    ;@5N  
    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。 oGIh:n7 q+  
    )By #({O  
    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。 5vP=Wf cW  
     G~. bi<(v  
    P3e}G-Oz  
    xZ=6  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ^ "D  
    a ]b%v9  
    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。 xZE%Gf_U  
    "a T "o  
    1) 评估最大模式阶数 tNbL)  
    v)c[-:"z  
    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： 7 'B9z/  
    I d}@  
    Jf</83RZ  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 wJ>.I<F6B  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 PSB@yV <  
    nqv#?>Z^OT  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 fU^6h`t  
     @%[ dh@oY  
    8GKqPS+  
    z~0f[As.  
    &Jf67\N  
    2）设置多模高斯光源 e b*w$|y6"  
    b&g`AnYT  
     ^v+7IFn  
    j"Y5j B`  
    gZ 6Hj62D  
    3) 设置优化函数 }'c@E0"  
    ] RLEyDB  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 iJ%`ym4Y  
    :/6gGU>pu  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 k 1sR^&{l  
     ^BN?iXQhN  
    y0b FzR9  
    rvwfQ'14  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 hcJny  
    Q"D%xY  
    ?]Z EK8c  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） F qH@i Z  
    eGW~4zU  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 c ;@k\6  
    ANWUo}j  
    a. 打开参数优化 M hJ;)(  
    }29Cm$p  
    $P7G,0-  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 lk. ;  
    B_uAa5'  
    图2
    U.0bbr  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Ymr\8CG/  
    K" U!SWv  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） g$eZT{{W  
    -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。 .|Bmg6g*  
     *d/,Y-tl  
    /@~&zx&_  
    图3
    %\n&iRwDF  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 g"&e*fF  
    x|oa"l^JZ"  
    图4
    Qx%]u8s  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 2xJT!lN  
    DJ#z0)3<p  
    图5 t1h2ibO  
    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： ~RS^O poa  
    $}/Q%r  
    图6
    ;n-IpR#|  
    4.总结 R.+yVO2  
    T2$V5RyX  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 mlmXFEC  
    D;l)&"|r?  
    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。 ?fXlrJ  
    `Wf)qMb  
    QQ：2987619807     ,B<Tt|'  
     
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