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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） 0w ;#4X:m  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 FXo{|z3  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 "-A@d&5.  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 HRW }Yl  
    >|_B=<!99W  
    摘要 3?-2~s3gp  
     * Fz#x{zt  
    A S]jJc^  
    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。 %tZ[wwt  
    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。 S<nbNSu6+  
    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。     ~)%DiGW&  
    ;%Rp=&J  
    1. 建模任务 Ops""#Zi  
     T8\%+3e.  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ #u$ Z/,  
    D[bPm:\0M  
    uoe>T:  
    2. 方法 B6"pw0  
     "MU)8$d  
    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： sZYTpZgW4L  
    LAPC L&Z  
     "7_qB8\  
    +e( (!  
    6uubkt  
    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。 *tL1t\jY  
    r!HB""w  
    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。 5 @61=Au  
     IXt cHAgX  
    R4Si{J*O  
    ^9xsbv B0  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 $-;x8O]u  
    &$hT27A>k  
    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。 HK!Vd_&9,  
    6jo+i[h  
    1) 评估最大模式阶数 J&jig?t  
    ybgAyJ{J<  
    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： Cd51. Sk(l  
    W5a>6u=g,  
    X]AbBzy  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 NzuH&o][  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 |4u?Q+k%%  
    %QKRl 5RM-  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 FAP1Bm  
     )uIH onXU  
    Mv^G%zg2  
    rkC6 -9V  
    +yYSp8>  
    2）设置多模高斯光源 I0]"o#Lj T  
    DC8,ns]!y  
     _HkB+D0v  
    0&|,HK  
    SK_i 3?  
    3) 设置优化函数 xtP=/B/  
    k7ODQ(*v  
    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)。 kN,WB  
    kVu-,OU  
    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。 %xWscA%^u  
     L?( % *  
    IfGQeynj  
    9QryW\6.@z  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 UCP4w@C  
    !^*I?9P  
    Y8yRQ zu  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） c(<,qWH  
    y~N,=5>j  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 (W l5F  
    6hs2B5)+  
    a. 打开参数优化 Z 7M%}V%  
    ~CB6+t>  
    @BZ6{@*  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (]mh}=:KDg  
    buhn~ c  
    图2
    O/(qi8En  
    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： = e)[?{H  
    0Up@+R2  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Pe !eID8  
    -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。 f*g>~!  
     m$xyUv1  
    nJ|8#U7  
    图3
    !t["pr\ ?  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {q1&4U~'>O  
    u|=G#y;3  
    图4
    _|ucC$*  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6?0 ^U 9  
    OjCT*qyU<  
    图5 <)zh2UI  
    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： $;_'5`xs  
    Z3G>DF:$  
    图6
    }B_n}<tjD  
    4.总结 2FO.!m  
    buRXzSR  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 S zOB{  
    Hi{c[;  
    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。 XQ<2(}]4  
    -pj&|< h+9  
    56*}}B$?  
    QQ：2987619807     f{lg{gA(  
     
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