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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） {+zJI-XN/  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 !~<siy  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 bt+,0\Vg5  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 V@=V5bZLs  
    =j0x.f Se  
    摘要 (B>Zaro#  
     ~$O1`IT  
    PBks` |+  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 J3S&3+2G  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 47 u@4"M  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     c(- Mc6  
    Ni[4OR$-O  
    1. 建模任务 D1,O:+[;.  
     ApPy]IdwX  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ oL/o*^  
    Q F-)^`N  
    <l\N|+7R  
    2. 方法 `0BdMKjA  
     6(56,i<#/  
    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： <z#BsnjW{  
    0yof u  
     [j6~}zu@  
    snk$^  
    PN F4>)  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 rb_Z5T  
    _[E\=  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 >M^&F6  
     FuP}Kec  
    zi!#\ s^  
    2tr :xi@  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 lC9S\s  
    cIw eBDl  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 5}<[[}(  
    WEa>)@  
    1) 评估最大模式阶数 yuNfhK/#r  
    BF|*"#s  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： eOrYa3hQ  
    EODB`$+  
    N~g%wf@w  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 &telCg:  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 {'IFWD.5  
    k/#M<z  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ]bfqcmh<  
     UvD-C?u'  
    q z:]-A  
    uYTCdZQh  
    t{ H 1u  
    2）设置多模高斯光源 4g!7 4a  
    9r8D*PvS  
     @ KJV1t`  
    uo 4xnzc  
    6h@+?{F.  
    3) 设置优化函数 k#jm7 +  
    N?^_=KE@  
    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)。 96)v#B?p  
    _Y7:!-n}   
    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。 EP0a1.C  
     qzlER  
    =SL^>HS.fo  
    9F)W19i.  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 9/Wn!Ld  
    4L $};L  
    C,3T!\  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ebD{ pc`&  
    m>O2t-  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 X$PS(_M  
    }M="oN~w  
    a. 打开参数优化 c*jr5 Y  
    XJ _%!  
    R1~7F{FW  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 rSbQ}O4V  
    Jb 6&  
    图2
    8m \;P  
    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： }Uq/kei^P  
    5 5a@)>h  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8@Q"YA 3d+  
    -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。 WE7>?H*Ro  
     oX2r?.j#M  
    }el,^~  
    图3
    Us*Vn  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 9.jG\i  
    5'),)  
    图4
    &(GopWR`e  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 0VG^GKmx  
    ;k-g _{M  
    图5 K T%i,T  
    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： &qG? [R{  
    7ucx6J]c  
    图6
    Al)lWD}j2g  
    4.总结 8a_ UxB  
    nqBG]y aI  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -wJ   
    `4se7{'UK`  
    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。 )j$b9ZBk  
    pW`ntE#L  
    <|ka{=T  
    QQ：2987619807     p`shY yE  
     
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