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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） ,"e n7  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 hl} iw_e  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 (V(8E%<c  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 idzc4jR6BT  
    x*'2%3C~  
    摘要 E;1QD/E$  
     >DM^/EAG{  
    uKA-<nM._c  
    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。 D( \c?X"  
    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。 z:1"d R   
    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。     (e"\%p`  
    )L+>^cJI<  
    1. 建模任务 ?3#L?Cq  
     '_q&~M{  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ aM5Hp>'nI  
    m'n<.1;1{j  
    X_HU?Q_N  
    2. 方法 [AHoTlPZ  
     ptQCqQ1_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： V}aZ}m{J  
    j^5VmG  
     M o?y4X  
    ]mR!-Fqj  
    0n/+X[%Ti  
    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。 1xTNrLW  
    BAIR!  
    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。 gmUX 2x(  
     g0-~ %A,  
    mufXM(  
    e;8nujdG"  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 *<ILSZ  
    [QDM_n  
    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。 "}Oj N\  
    9,jFQb(),  
    1) 评估最大模式阶数 o_C]O"  
    aY8QYK ;?^  
    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： b"JX6efnN  
    \o}=ob  
    ,p' ;Xg6ez  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 _T.T[%-&=  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 "1wjh=@z  
    ?s5/  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3f-J%!aH  
     i%GNm D  
    s 9n_s=w  
    kXN8hU}iq  
    +JejnG0  
    2）设置多模高斯光源 BHf7\ +Ul  
    \R[f< K%  
     jaL#  
    B8`!A  
    )|,Zp`2/  
    3) 设置优化函数 z P8rW5/  
    LI9 Uc\  
    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)。 pGcijD  
    !B/5@P  
    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。 24I\smO  
     Hrg -5_  
    ~m3Tq.sYrY  
    T9?8@p\}(  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 4 3G2{  
    SnVb D<  
    `u" )*Q}  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） u= Vt3%q  
    O ]!/fZ;(  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 si1Szmx,  
    n{"e8vQx  
    a. 打开参数优化 rm%MQmF  
    Y' O3RA5E  
    ,CIsZ1[VS  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 [5-3PuT&9  
    -Mzm~@_s]  
    图2
    E`b<^l`  
    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： ,56objaE  
    hQ}y(2A.XI  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） _F`RwBOjs  
    -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。 xM_+vN *(  
     ,.i)(Or  
    $D m|ol.Z  
    图3
    mJ'5!G  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ,HwOMoP7  
    }K|40oO5  
    图4
    tY- `$U@  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :+Tvq,/"  
    5@^['S4%8*  
    图5 )\+1*R|H}  
    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： P;K <P  
    lbm ,#  
    图6
    J0 UF(  
    4.总结 -"5r-qq*  
    LLPbZ9q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 /-Y.A<ieN8  
    zXGi  
    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。 ;v m$F251  
    I` q"  
    K?6#jT6#  
    QQ：2987619807     Y))x'<T'Q  
     
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