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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） >'Lkn2WI  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ?i_/f}.K  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 + a*Ic8*  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 z59;Qk  
    3mofp`e  
    摘要 6 8n ;#-X  
     DcFY b|p  
    #Tzs9Bkaca  
    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。 M/Z$?nd_H  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 Hd;NvNS  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     4Ia'Yr  
    C3^3<  
    1. 建模任务 6X9$T11Vc  
     Z1 )1s  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ DM v;\E~D  
    +}at#%1@  
    lIEZ=CEmY  
    2. 方法 +JG05h%'  
     vh&~Y].W Y  
    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： =9 QyO h  
    o=94H7@  
     72RTEGy  
    a0]GQyIG  
    L"vk ^>E6  
    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。 'LG\]h>+)  
    w5y.kc;  
    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。 GQ?FUFuIoW  
     bA 0H  
    uPcx6X3]  
    L'$\[~Ug  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 }\H. G  
    m;"[b (u  
    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。 rtJ@D2Hj^  
    xe6V7Wi/Tt  
    1) 评估最大模式阶数 K)x6F 15r  
    % +  
    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： dHOH]x  
    h*KDZ+{)  
    c]VK%zl  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 27[e0 j  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 B QUYT/$(  
    Pl|I{l*o(`  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `lm'_~=`&  
     E)Qg^DHP/  
    SkipPEhA  
    G+sB/l"  
    HL[V}m  
    2）设置多模高斯光源 Ie Chz d  
    %vf;qVoA~  
     c|m?f  
    t:lDFv4s  
    (?uK  
    3) 设置优化函数 . P 44t  
    8Rw:SU9H?T  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 uCW}q.@4  
    X_JC1  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 7 v3%dCvf  
     d_:tiHw$  
    .ozBa778u  
     `m_f i  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 N{RHbSa(  
    v{lDEF@2^N  
    8zeD%Uv  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） JKp@fQT *  
    y&4im;X0  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 N/0Q`cQ-  
    #Sg/  
    a. 打开参数优化 YP"%z6N@v  
    &,XPMT  
    eon(C|S7eK  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 DVs$3RL  
    EG=U](8T  
    图2
    r!>=G%  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： A1zV5-E/  
    6xh -m  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值）  q _;#EV  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Y\1&  Uk  
     v"sU87+  
    Q3)[ *61e  
    图3
    rA_r$X  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 }?GeU Xhy  
    $:D L+E-}  
    图4
    VJgf, 5 (N  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 N9Fu  
    CS"k0V44}  
    图5 +x:VIi  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： mp]UUpt  
    :e_yOT}}  
    图6
    P!~&Ei  
    4.总结 6l>016 x  
    9fSX=PVRmQ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 l`K5fk  
    .W-=VzWX  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 c$hoqi |tD  
    {\!@ k\__  
    /8(t:  
    QQ：2987619807     exm*p/  
     
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