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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） A2Iqn5  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Zc*#LsQh.`  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 o[S Mt  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 n@S|^cH  
    ZW 5FL-I  
    摘要 qQS&K%F  
     52F3r:Rk  
    ~dLe9-_9  
    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。 ZB5NTNf>  
    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。 -Byl~n3*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。     qSaCl6[Do  
    d ;,C[&  
    1. 建模任务 5p/.( |b,  
     W=2]!%3#  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ `[x'EJp#  
    :z$+leNH\  
    nQn=zbZ3  
    2. 方法 6*I=% H|  
     (D\`:1g  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： mk6>}z*  
    u0$}VO5/a  
     :;Npk9P(N  
    ntZHO}'  
    ff aMF~+  
    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。 }q?q)cG  
    ?Uhjyi  
    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。 "2T* w~V&y  
     Owh:(EJ"d  
    _G%kEt_4  
    #Q|ACNpYM  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 X"T)X#:)  
    2V$YZSw6q  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 cOP%R_ak?  
    %y)LBSxf  
    1) 评估最大模式阶数 =':B  
     x![ut  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： mf2Qu  
    }jg,[jw_"X  
    \u6/nvZ]N  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 X u>]$+u#  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 t\\<+^[%  
    D5!I{hp"  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 q]y{ 4"=5  
     QVD^p;b  
    c2yZvi  
    YRj"]= 5N  
    P_M!h~  
    2）设置多模高斯光源 &=lh Kt  
    ,6wGdaMR  
     2*zMLI0.  
    p Acu{5#7  
    SFRYX,0m  
    3) 设置优化函数 \Pd>$Q  
    $XFFNE`%  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ;GZ'Rb  
    d ewN\  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 qnw8#!%I  
     JiiYl&#  
    ,*;g+[Bhpl  
    WhDNt+uk)  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 1( ]{tF  
    {CGk9g" `  
    CrX1qyR  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） q}J Eesf  
    SdJkno  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。  .+-7 'ux  
    .H5^N\V|  
    a. 打开参数优化 A*? Qm  
    QQUZneIDp  
    e{*z4q1  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 K)9f\1\  
    !]#;'  
    图2
    +kOXa^K  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Aj@t*3  
    .vpx@_;]9  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） {uiL91j.  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ;vgaFc]  
     ^L's45&_  
    xc$jG?83#  
    图3
    X1%_a.=VF  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 D}bCMN <  
    AJt4I W@  
    图4
    g<MCvC@  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 HQrx9CXE  
    R,W w/D  
    图5 ~@K!>j  
    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： k)S'@>n{u  
    5f#]dgBe  
    图6
    @5TJ]=  
    4.总结 ef -PlGn  
    w'P!<JaZ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ]Hrw$\Ky  
    W/<C$T4  
    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。 7gT^ZL  
    IL<@UWs6  
    QQ：2987619807     )dI  `yf  
     
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