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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） }g4 M2|  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 N5 $c]E  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 |Pg@M  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Offu9`DiZ  
    1&e} ms  
    摘要 qu|B4?Y/CR  
     ,Jd ',>3  
    D}v mwg@3  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 y~75r\"R  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。  4._( |  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     sqW* pi  
    q `pP$i:  
    1. 建模任务 vsa92c@T  
     F+@5C:<?  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ U*3uq7  
    bR V+>;L0@  
    !%c'$f/  
    2. 方法 Ox@sI:CT  
     3\Xbmq8}  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： \|K;-pL  
    3"O>&Q0c  
     ]8T!qS(UJd  
    G#?Sfn O0  
    / 4lvP  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 s&NX@  
    9 -rNw?7  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 O9r>E3-q  
     95z]9UL  
    {Lm~r+ U  
    # 0Lf<NZ  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 /r=tI)'$  
    Ybn`3  
    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。 .j-IX1Sa  
    }X=[WCK U  
    1) 评估最大模式阶数 SI=yI-  
    3K_A<j:  
    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： Jej` ;I  
    J.8IwN1E  
    L@gWzC~?Q  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ##4GK08!  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 0$-xw  
    W>O~-2  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 #H0dZ.$b0  
     k70|'*Kh  
    zSFDUZ]A3  
    Kh MSL  
    qs QNjt  
    2）设置多模高斯光源 CXC`sPY  
    rs~wv('  
     'Tc]KXD6  
    &0`) Q  
    [B|MlrZ  
    3) 设置优化函数 EbdfV-E  
    *Q,0W:~-  
    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)。 7R\oj8[  
    .<Zy|1 4  
    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。 =X.9,$Y  
     Cm\6tD  
    beu\cV3  
    qu-/"w<3$  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 DrO2y  
    +mp@b942*  
    9F*+YG!  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） L\#<JxY$p  
    1[yq0^\]M[  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 uNHF'?X  
    1Y]TA3:  
    a. 打开参数优化 _C`K*u 6Z<  
    />9O R  
    R<=zCE`:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 r}jGUe}d  
    n;:rf7hGY  
    图2
    aG 92ay  
    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： 6#QK%[1!>  
    J;f!!<l\  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） |lkNi  
    -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。 7Ddaf>  
     yn/rW$  
    1Q. \s_2  
    图3
    P [k$vD  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 uIDuGrt  
    %C=]1Q=T)  
    图4
    pe{; ~-|6  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 NwZ@#D#[ Y  
    cJL'$`gWf  
    图5 :bC40@  
    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： npNB{J[  
    6A=8+R'`F  
    图6
    4M^G`WA}t9  
    4.总结 HVC >9_:]  
    (1NA  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 44F`$.v96  
    b&5lYp"d  
    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。 hjQ~uqbg  
    ;j)FnY=:-  
    ._+J_ts  
    QQ：2987619807     PxfY&;4n!  
     
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