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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） Q7XlFjzcm  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 W4n(6esO  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 {qL}:ha?  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 dmk_xBy s|  
    QW_W5|_  
    摘要 -9^A,vX  
     Ygfv?  
    @&GfCg5Cb  
    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。 MNd[Xzm  
    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。 wv&#lM(  
    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。     Eg 8rgiU  
    j2Uu8.8d  
    1. 建模任务 S)vNWBO  
     ]j57Gk%z  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ w}r~Wk^dLI  
    nv_9Llh=z  
    Z$:iq  
    2. 方法 to#N>VfD  
     A7=k 9|  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： JFh_3r'  
    hvOl9W>  
     7V-'><)gI  
    ^>m"j6`h,  
    K5EU?J&  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ":V,&o9n  
    HAc1w]{(  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 J0,;F9<C#X  
     1 JB~G7  
    %3mh'Z -[f  
    B):hm  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 vw[i.af  
    POt 8G  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 `F4gal^ ^  
    !nt[J$.z^  
    1) 评估最大模式阶数 g0>Q* x  
    g~]?6;uu  
    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： > ,;<Bz|X  
    H/N4t Wk"  
    go B'C  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 pT'jX^BU  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 (.N!(;G  
    tl+ 9SBl  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 K| '`w.  
     ^!sIEL  
    5Sz}gP('  
    V3c7F4\  
    Sgq?r-Q.  
    2）设置多模高斯光源 ]1&} L^a  
    #gSLFM{p  
     vk.P| Y-;  
    u?I2|}#  
    <db>~@;X!  
    3) 设置优化函数 #VynADPs`o  
    5dkXDta[G  
    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)。 B\Uocn  
    e]-%P(}Z  
    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。 |VQmB/a  
     g[$4a4X  
    rceX|i>9n  
    =SV b k  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Ri;_ 8v[H|  
    ")@#B=8+3^  
    ][`%vj9r  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） O#?@' 1  
    !Z<=PdI1Ys  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \@m^w"Ij  
    5]~4 51  
    a. 打开参数优化 x4-_K%  
    {fa3"k_ke  
    ]Gf`nJDV  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 cUC!'+L  
    ':!aFMj^  
    图2
    2B"&WKk  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： P(cy@P,D  
    #eIFRNRb)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ZY=a[K  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 AL;4-(KH  
     ip!-~HNwJ  
    v"-K-AQjB  
    图3
    bW^C30m  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 _BZ6Ws$C2  
    f"SK3hI$p  
    图4
    uF+0nv+  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Dvm[W),(k  
    :*Y2na)qQ  
    图5 Go(Td++HS  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： i>e?$H,/  
    `#"xgOSP>  
    图6
    Y`rli  
    4.总结 J?C:@Q  
    }CL7h;5N 3  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 mM.YZUX  
    MI)v@_1d  
    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。 '}$$0S.DC  
    'OvM  
    $4q$!jB5  
    QQ：2987619807     p0h E`!  
     
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