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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） ` i^1U O  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 <%f%e4 [  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 nt`l6b  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ?vNS!rY2&  
    3n)iTSU3  
    摘要 5toNEDN  
     ]F#kM211  
    ~epkRO="  
    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。 ,%<77LE  
    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。 _RVXE  
    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。     5%/%i}e~(  
    vM8]fSc  
    1. 建模任务 ~!u94_:  
     BpE[9N  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ zqn*DbT  
    )[.URp&  
    >cLZP#^\2E  
    2. 方法 p]HtJt|]  
     ~8E rl3=5{  
    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： m0YDO 0  
    Ok\UIi~  
     07&S^ X^/  
    S8t9Ms: k  
    J{I?t~u  
    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。 #,C{?0!  
    EA72%Y9F  
    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。 I115Rp0  
     \!Pm^FD .  
    S5M t?v|K  
    XZJx3!~fm  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 NU"X*g-x^  
    K[Kc'6G  
    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。 ?:c hAN@  
    oizoKwp%  
    1) 评估最大模式阶数 ,P]{*uqGiB  
    |/Z4lcI  
    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： E.brQx#}  
    ygG9ht  
    ~-x\E#(  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 J<D =\  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 UlR7_   
    (;0]V+-  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 NaIVKo  
     +=v|kd  
    ?/D#ql7  
    2*N# %ZUX  
    TDFv\y}yc  
    2）设置多模高斯光源 _GS2&|7`  
    dx#N)?  
     6$Y1[  
    7Uh}|6PU  
    X^`ld&^*({  
    3) 设置优化函数 ]T1"3 [si  
    <=lP6B  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 b`' ;`*AN+  
    wP'`!O[W  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 YN^8s  
     e3.TGv7=  
    XT\;2etVL  
    Oc1ZIIkh\  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ?k-IS5G  
    gNJ\*]SY  
    QLn5:&  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） -HOCxR  
    [(1O_X(M  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 6 BMn7m?  
    3!I8J:GZ:  
    a. 打开参数优化 *| 'k  
    tSjK=1"}  
    | e+m!G1G  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 }v?{npEOt+  
    [Z1EjeX  
    图2
    K% ;O$ >  
    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： QH;aJ(>$  
    VYOO8MQI  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） V6c?aZ,O  
    -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。 !Lo{zTDW  
     DwI)?a_+  
    M30_b8[Y_  
    图3
    Z`[j;=[  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 kG E|17I  
    @{j-B IRZ0  
    图4
    K_xn>  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 .Xr_BJ _  
    U6{ RHS[  
    图5 0\/7[nwS  
    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： u%2u%-w  
    N24+P5  
    图6
    McfSB(59  
    4.总结 U+W8)7bc  
    bF3j*bpO"  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 tW(E\#!|p<  
    ;@sxE}`?g  
    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。 SU*P@?:/}  
    <ioX|.7ZX  
    QQ：2987619807     4VK5TWg  
     
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