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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） r`\A nT?  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 4NR@u\S  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 `b5 @}',  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 A1Y7;-D  
    CG]Sj*SA~  
    摘要 3:/'n  
     t/oN>mQG  
    #C*8X+._y  
    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。 / jTT5  
    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。 |aToUi.Q%  
    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。     xG&SX#[2  
    R>@uY( >dJ  
    1. 建模任务 VObrlOkp  
     K r`]_m  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ mY!iu(R1  
    yR~-k?7b  
    NVV}6TUV  
    2. 方法 JWP*>\P  
     l7[7_iB&E  
    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： nQK|n^AU/  
    1r)kR@!LNG  
     g|<Sfp+;+  
    C_:k8?  
    $3+PbYY  
    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。 $gle8Z-  
    4b]a&_-}  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 { >{B`e`$  
     L];y}]:F*  
    ~q0*"\Ff  
    ]1-z! B4K  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 <oMUQ*OtV  
    ({}(qm  
    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。 {4 >mc'dv  
    TB6m0qX(  
    1) 评估最大模式阶数 i=FQGWAUu  
    N@o?b  
    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： ni&*E~a  
    QvPD8B  
    3#kitmV  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @{ ;XZb^  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 eHg3}b2r  
    w*j$uW6{  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 N^?9ZO   
     lVH<lp_ZtK  
    }_.:+H!@  
    ']6VB,c`  
    4R +.N  
    2）设置多模高斯光源 bJr[I  
    XdEPbD-  
     iGXI6`F"  
    dpZ;l 9  
    DLPUqKL]  
    3) 设置优化函数 7J$b$P0}  
    I~eSZ?$s#  
    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)。 i?;r7>  
    )YW<" $s  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 "7%:sty  
     0CvsvUN@  
    vy@rQC %9  
    v"u^M-_  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ?^Hf Np9  
    nCg66-3A  
    XdgUqQb}  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） :q3+AtF  
    u8b2$D  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 PnT)LqEF  
    Z*{] ,  
    a. 打开参数优化 beY=g7|  
    |BMV.Zi  
    pz^<\  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ~K_Uq*dCE  
    D.!~dyI.,$  
    图2
    ?gGt2O1J  
    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： dHnR_.  
    PrF}a<:n:  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 6bc3 37b  
    -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。 oj.A,Fh  
     i y YJR  
    z~6y+  
    图3
    yKagT$-  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 %bXx!x8(  
    @=S}=cl  
    图4
    FwKj+f"  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 |C \}P  
    {X]R-1>  
    图5 Q3W#`6jpF  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： q=HHNjj8  
    59uwB('|lH  
    图6
    SD\= m/W  
    4.总结 K?x,T8<aW  
    Id'RL2Kq*&  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {'+Q H)w(  
    UUo;`rkT  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 -a Gcf]6  
    =]R3& ]#n  
    N<|$h5isq  
    QQ：2987619807     ?C0l~:j7D  
     
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