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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） LNJKf6:  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 D>jtz2y=D  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 2#$7!`6 K  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 <9>L^GgXA  
    Ydsnu  
    摘要 Bs0~P 4^  
     5(#z)T  
    !jl^__ .DR  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 e;=R8i  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 / P@P1l|I  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     XC6|<pru  
    NblPVxS  
    1. 建模任务 'exR;q\  
     JGq9RB]D$  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？  ^4WZ%J#g  
    Q-h< av9  
    IrRy1][Qr  
    2. 方法 ISZEP8w  
     -U> )B  
    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： uq6>K/~D  
    MA tF,  
     GKg #nXS  
    9Q(Lnu  
    _Rj bm'kC  
    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。  XU"G  
    Y_$!XIJ4  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 8B6(SQp%  
     |LIcq0Z  
    .vmCKZ  
    CA|W4f}  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 2|!jst  
    0@' -g^PS  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 _Hq)@A I   
    }:?_/$};  
    1) 评估最大模式阶数 uuHs)  
    (Z@- e^R  
    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： /3 L4K  
    D@w&[IF  
    NB3+kf,  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 2bXCFv7}  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]S(nA!]  
    'U@Ep  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3KD:JKn^  
     Rwj 3o  
    y\6C9%.  
    Ktuv a3=>N  
    !=vsY]  
    2）设置多模高斯光源 6a]Qg99\  
    j*VYUM@y1\  
     !k 'E  
    :gkn`z  
    OpOR!  
    3) 设置优化函数 =v! 8i  
    suX^"Io%!  
    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)。 hNcEBSQ  
    S="\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。 +^,&z}( Ak  
     *~#`LO  
    `sdbo](76  
    eZpi+BRS6  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 6XhS g0s  
     #s=\  
    @MH/e fW.  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） oXwcil  
    %E":Wv  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 gU@.IOg  
    O,&p"K&Z  
    a. 打开参数优化 <UwA5X`0e.  
    t(^Lh.<a  
    [HRP&jr  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 OYfP!,+bn  
    Qz A)HDQ  
    图2
    Gnqun%  
    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： qy!pD R;  
    FbPoyh  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） =-uk7uZM  
    -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。 FefS]G  
     wqn }t]  
    KDAZG+u+  
    图3
    m,]h7xx  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 f;W>:`'  
    :e4[isI  
    图4
    `{@?O%UB  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ])T_&%  
    L_YY,  
    图5 aQfrDM<*XS  
    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： ~u80v h'  
    HuL9' M  
    图6
     /I' np  
    4.总结 dLu3C-.(  
    kasx4m]^  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  N5GQ2V  
    A!5)$>!o  
    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。 kKSn^q L*  
    Ll6|WhX  
    e0u* \b  
    QQ：2987619807     Kd,7x'h`E  
     
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