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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） *xPB<v2N:P  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 XJUEwX  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ~]&B >q  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 'GkvUrD9D$  
    _74UdD{^o  
    摘要 *|oPxQCtK  
     VUp. j  
    z=qWJQ  
    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。 zO%w_7 w  
    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。 |~eY%LB  
    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。     }wfI4?}j}  
    G.Tpl-m  
    1. 建模任务 k52QaMKa~A  
     iX{H,- C  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ehE-SrkU'  
    45) D+  
    &U&Zo@ot"x  
    2. 方法  ;1@C_5C  
     bE d?^h  
    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： .a:Z!KF  
    12lEs3  
     @bT3'K-4  
    _s*! t  
    ,E?4f @|X  
    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。 'irGvex  
    '00J~j~  
    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。 !!WJn}  
     Y 9i][  
    &2{]hRM  
    `VZZ^K9zR  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 O: JPJ"!  
    ,eXFN?CB  
    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。 DWrbp  
    E*k([ZL  
    1) 评估最大模式阶数 ;& ~929  
    Nd!c2`  
    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： iNJAZ6@+  
    sJ~P:g  
    .S!-e$EJ  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1  F\LsI;G  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ^f|<R8`  
    @9vvR7{P  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 N09KVz2Q  
     j"hASBTgp  
    C[8KlD  
    3dG4pl~  
    S}cF0B1E*  
    2）设置多模高斯光源 aZKXD! 4  
    ?3jdg]&  
     ET-Vm >]  
    %F J#uQXZ  
    85z;Zt0{  
    3) 设置优化函数 !ZrB^?sO  
    UX_I6_&  
    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)。 GN%(9N'W  
    u D(t`W"  
    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。 J+Bdz6lt  
     +(mL~td01  
    _M5Xk?e=  
     YqU/\f+  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2-v\3voN  
    wL2XNdo}<  
    'qy#)F  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） q# vlBL  
    XDYosC:  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ]a/'6GbR  
    Bq!cY Wj  
    a. 打开参数优化 irMd jG  
    HarFE4V  
    yVS\Q,:J9  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 aws"3O% uW  
    ]W) jmw'mo  
    图2
    rAXX}"l6s  
    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： R8<eN9bJ9  
    s#^pC*,'  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） _/ Os^>R  
    -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。 \9/1L ?@  
     _e'Y3:  
    CV^c",b_  
    图3
    ;V.vfar  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ("Dv>&w9  
    #WufZ18#  
    图4
    r4eUZ .8R  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 +LzovC@^  
    $']VQ4tZ  
    图5 2Q ayM?k8  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： Vxh.<b6&'  
    Dip*}8$o(w  
    图6
    /f3m)pT  
    4.总结 9 5 H?{  
    n Ga1a  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 p`>d7S>"  
    ybvI?#  
    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。 >XE`h 9  
    yJD >ny  
    Ew4 g'A:H  
    QQ：2987619807     pm]fQ uq  
     
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