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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） %+PWcCmn  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Va^AEuzF  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱  2C9wOO  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 l `D>h2]  
    l?>sLKo9  
    摘要 bFivHms  
     X!+#1NPM  
    U) tqo_  
    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。 fz%I'+!  
    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。 %GRD3S  
    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。     ;]ojfR=?%  
    %O 5 k+~9  
    1. 建模任务 dXAKk[uf  
     B{fPj9Y0  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ]+1?T)<!  
    @Y/PvS8!  
    9zdp 8?T  
    2. 方法 "NUl7ce.R  
     j, SOL9yg  
    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： Q>\y%&df  
    t;P%&:"@M  
     m'Jk!eo  
    @@L@r6  
    =NyN.^bwT  
    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。 wRgh`Hc\}  
    iI_ad7,u  
    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。 e:9CD-  
     Vp =  
    >>lT-w  
    #qk}e4u  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 hZ0p /Bdv  
    LOY+^  
    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。 F...>%N$  
    {^TVZdw  
    1) 评估最大模式阶数 8'=8!V  
    IY@)  
    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： 0- GA,I_  
    1tvgM !.  
    ^%X,Rml<e  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ebk{p <  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 4l! ^"=rh  
    \0%)eJ  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 vkE[Ur>  
     h.Cr;w,2R  
    @kR/=EfS  
    =>ooB/  
    rvT7 5dV0  
    2）设置多模高斯光源 >S /Zd  
    TGxspmY6  
     iE}jilU  
    (5@9j  
    sY?pp '}a  
    3) 设置优化函数 - #]?3*NO  
    WeGT}  
    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)。 g`KVF"8  
    8" Z!: =A  
    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。 }Sa2s&[<  
     lhm=(7Y  
    {Y{*(5YV  
    A(y^1Nm  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 y}jX/Ln  
    D$k40Mz  
    XZhX%OT!  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） KK-9[S-  
    )i&9)_ro  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 6T 2jVNg  
    &_ er_V~  
    a. 打开参数优化  5#JGNxO  
    Mf0g)X}1  
    X&._<2  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 [T', ZLR|  
    iqCKVo7:M  
    图2
    w5"C<5^  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 3=xb%Upw  
    T*>n a8W  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） hvu>P {  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 M-KjRl  
     P/._ tQu6  
    -ecP@,  
    图3
    >'eOzMBn  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 | ]`gps  
    +~J?/  
    图4
    0 1[LPN  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 'j=7'aX>K  
    ~~ ]/<d  
    图5 yn<z!z%mz  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： ug!DL=ZW  
    j(G}4dib  
    图6
    +F ~;Q$T  
    4.总结 <by}/lF0  
    *&B1(&{:V  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }NPF]P;  
    GqhnE>  
    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。 D1bS=> ;,"  
    th8f  
    QQ：2987619807     j[YzBXd V  
     
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