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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） 5XinZ~  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 2I0Zr;\f  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 b@9d@@/wx  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 y hNy  
    Jv59zI  
    摘要 !5K5;M_Ih"  
     gS.,V!#t  
    k .W1bF9n6  
    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。 &'W ~~ir  
    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。 eI=:z/pd  
    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。     7-4S'rq+  
    P@8S|#LpZ  
    1. 建模任务 ;f9a0Vs  
     m-HBoN  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ U_@Dn[/:  
    5.F/>?<  
    `tJ"wpCf6  
    2. 方法 HD;l1W)  
     UI74RP  
    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： Z1R{'@Y0Z  
    {hBnEj^@  
     ]I(<hDuRp  
    KvtJ tql;  
    kB]*2o9-3  
    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。 !]=S A &  
    g!!:o(k  
    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。 epxbTJfc  
     [Ee <SB{  
    <Eh_  
    5@`dKFB5  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 )X 'ln  
    QR h %S{  
    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。 $B?IE#7S4  
    m " c6^)U  
    1) 评估最大模式阶数 @_Es|(4  
    :djbZ><  
    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： i} ?\K>BWq  
    P7 R}oO_n:  
    -Rj3cx  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +=#@1k~  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 /gq\.+'{  
    $(&+NJ$U$  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Y(h (Z  
     c[;=7-+  
    l`?4O  
    z?.XVk-  
    ?HP{>l0r  
    2）设置多模高斯光源 tW"s^r=95  
    #hh7fE'9  
     ew*;mQd  
    u^+ (5|  
    0oo*F  
    3) 设置优化函数 !b'!7p  
    o;'-^ LJ  
    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)。 {|R +|ow  
    Zr$D\(hX  
    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。 F7U$ 7(I2G  
     :[bpMP<bz;  
    .MW/XnCYs4  
    JeU1r-i  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Tu-I".d+  
    fP;2qho  
    4\(|V fy  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ;-!O+c  
    s Vg89I&  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 9RJFj?^"  
    ;  8u5  
    a. 打开参数优化 d?>pcT)G_  
    48[b1#q]  
    VpWpC&  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 xqzB=0  
    iS}~e{TP/  
    图2
    j$=MJN0  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： }!@X(S!do  
    ;#S4$wISw`  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） bVYsPS  
    -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。 h SU|rVi  
     !k=~a]  
    77~l~EX  
    图3
    onF?;>[  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 wPH1g*U  
    x*0mmlCb  
    图4
    o&Sv2"2  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ,=y8[(h  
    'kk B>g7B  
    图5 l8By2{pN  
    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： A3zO&4f ]  
    U$T (R2@  
    图6
    J_>nn  
    4.总结 eLyaTOZadu  
    y<n<uZ;  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 @-Ln* 3n  
    7A4 6?kfu  
    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。 21.N+H'  
    7G9o%!D5  
    QQ：2987619807     % !p/r`  
     
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