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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） nGRF< 2!  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Q.!8q3`  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 39u!j|VH  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 5H<rI?  
    t.]oLG22r  
    摘要 G $?VYC8;  
     ~_R=2t{u _  
    w;X-i.%`  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 BM:je(*p  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 pO"V9[p]  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     5^tL#  
    )'nGuL-w!i  
    1. 建模任务 S9mj/GpL3  
     Wvcj\2'yd  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ wJ+"JQY.J+  
    J7S  
    HmQuRW  
    2. 方法 D7 .R NXo  
     4j/8Otn  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 3EAu#c@q"  
    '*W/Bett  
     V" I+E  
    9!PJLI=D  
    mw.9cDf  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 " >;},$  
    cp[k[7XGD  
    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。 1J^{h5?lU  
     K47W7zR  
    :)bm+xWFF  
    LR}b^QU7  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 #Ey!?Z  
    ~g)gXPjke  
    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。 *y7^4I-J  
    i9W@$I,f  
    1) 评估最大模式阶数 }F**!%4d  
    HJM-;C](  
    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： O']-<E`1k  
    N3i}>Q)B  
    jFnq{L t  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 K6_{AuL}4  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~- JkuRJ\  
    `AQv\@wp  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 t<x0?vfD  
     *cJ GrLC  
    .\qZkk}2l  
    \,lgv  
    BY6QJkI9x  
    2）设置多模高斯光源 r `VKb  
    W8R@Pf  
     $D\SueZ  
    JT,8/o  
    V6Z2!Ht  
    3) 设置优化函数 ma vc$!y  
    ,J~kwJ$L  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 5 J61PuH   
    U C3?XoT\  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 yiiYq(\{  
     m^%[  
    Fz~-m#Ts  
    C]p3,G,oN  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 +hqsIx  
    -(ABQgSO]  
    {w1sv=$+  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） :dLfM)8}  
    F2:?lmhL<  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 N)WAzH  
    V)oUSHillH  
    a. 打开参数优化 e@F9'z4  
    f^Lw3|rq4  
    ,?P@ :S<8  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ]]J2#mN:n  
    8S"vRR  
    图2
    8.ll]3))  
    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： 49E<`f0  
    :)SLi  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） mvyqCOp 0  
    -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。 D4?5 %s  
     pZ}4'GnZI  
    }1f@>'o  
    图3
    4#{i  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ML^c-xY(  
    4N|^Joi  
    图4
    ]'3e#Cqeh  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 J] ^)vxm3  
    DBI[OG9  
    图5 qM~ev E$%  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： /pt%*;H  
    Z_.Eale^  
    图6
    -^`]tF`M  
    4.总结 _@3@_GE  
    u[$ \ az7  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 yCy4t6`e  
    q90eB6G0g  
    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。 e "5S ;  
    - &Aw] +  
    .H {  
    QQ：2987619807     E5(\/;[*`  
     
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