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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） #^ ]n0!  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ]~3U  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 0Zg%+)iy@  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 9H%X2#:fH  
    SV(]9^nW  
    摘要 9HX =T%  
     R=KQ  
    h?pkE  
    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。 BGfzslK  
    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。 qcT'nZ:  
    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。     +}a ]GTBgA  
    v~Y^r2  
    1. 建模任务 `ta7Gc/:UY  
     F,'exuZ  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ -ne Kuj  
    uDZT_c'Y  
    p l&Muv  
    2. 方法 ,f&5pw =  
     7t*"%]o  
    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： 1w&!H ]%{  
    9rA=pH%<>B  
     _H/8_[xk  
    'f?$"U JF  
    i _%Q`i  
    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。 pf7it5  
    G2FXrkU  
    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。 ]H1I,`=@  
     (V HL{rj  
    >_LDMs[-p  
    qQH]`#P  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 5;{H&O9Q  
    $ O5UyKI  
    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。 wLH] <k  
    D~\$~&_]=  
    1) 评估最大模式阶数 ;I!MLI  
    icgSe:Ci  
    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/oyf]HR  
    w/K_B:s  
    5hy""i  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 z'EajBB\f  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ,YMp<C  
    eh5gjSqx  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `kJ^zw+  
     ]:~OG@(  
    Jtk|w[4L  
    t0T"@t#c  
    Ez-[ )44/  
    2）设置多模高斯光源 HF.^ysI  
    >:|q&|x-  
     d8x\  
    PxS8 n?y  
    ;y2/-tL?  
    3) 设置优化函数 xcf%KXJf6  
    c*@E_}C#  
    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)。 se>MQM5 )  
    A, LuD.8  
    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。 A`}rqhU.{-  
     }I2@%tt?  
    bG(3^"dS  
    6Avw-}.7>  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 JQ@E>o7_  
    _&b4aW9<  
    " _ka<R..  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） u9EgdpD  
    wL:flH@  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Pw61_ZZ4B\  
    gjAIEI  
    a. 打开参数优化 qDfd.gL  
    c. 2).Jt,  
    TBT:/Vfun  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 k|H:  
    t>$kWd{9e;  
    图2
    $ . 9V&  
    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： z=3\Ab  
    x" L20}  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Aw5HF34J  
    -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。 HEM9E&rL  
     LpqO{#ZG  
    2P@sn!*{1  
    图3
    4Q6mo/=H  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ^kB8F"X  
    PU1Qsb5  
    图4
    ~15N7=wCM  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  VN\W]jT  
    S-|)QGxV6  
    图5 `,(,t n_  
    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： ?qWfup\S  
    Y/ .Z .FD`  
    图6
    ZP\-T*)l$  
    4.总结 /Id%_,}Kb  
    CyXR i}W.  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 lUvpszH=  
    U5.LDv;  
    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。 6U R2IxbE  
    Gf<'WQ[  
    5MtLT#C3r  
    QQ：2987619807     m4l& eEp  
     
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