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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） Fp~0 ^  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 uFnq3m^u  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 2Kz407|'  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 -7u_\XFk  
    %0q)PT\  
    摘要 R/P9=yvg0  
     8SOfX^;o  
    7bL48W<QD  
    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。 +ux170Cd3  
    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。 (sp{.bU  
    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。     ffG1QvC|M  
    oD 3Q{ e  
    1. 建模任务 _#y=T20'3  
     N[&(e d=  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ (V<pz2\  
    Yv"-_  
    >uR;^B5m  
    2. 方法 u85?f  
     :RDQP  
    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： iJb-F*_y  
    jygKw+C  
     Gdv{SCV  
    qdxDR 2]U  
    suE#'0K  
    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。 * TByAa{  
    ?P"j5  
    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。 1O+$"5H  
     j$Vtd &  
    ^w*&7.Z  
    N4w&g-  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 G5 *_  
    Xp~O?2:3l  
    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。 <4Ik]Uz^  
    9 =D13s(C  
    1) 评估最大模式阶数 O5dBI_  
    )TOKHN  
    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： \9k{h08s  
    uO4R5F|tL  
    @!mjjeG+1  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 -~_;9[uV  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 T;#:Y  
    @T)>akEOt  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Qk8YR5 K   
     Nrzg>WQa  
    }0 =gP?.kE  
    G$1gk^G's  
    -z'6.I cO  
    2）设置多模高斯光源 `g'z6~c7n  
    3$P GLM  
     S<>u  
    tx]!|x" F  
    k!{h]D0  
    3) 设置优化函数 $}.#0c8I  
    w C-x'  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 \&4)['4,  
    _SqUPTb"u  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 I ka V g L  
     0 2q*z>:^  
    Gt;U9k|i  
    8g6G},Y0  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 {%QWv%|  
    2x:aMWh  
    yOE N*^6  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） M][Zu[\*  
    H#B97IGT  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 V#\iO  
    xcC^9BAj  
    a. 打开参数优化 6Lz:J:Q)  
    gkld}t*U  
    U_Am Riy  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 #RP7?yGM,  
    y5N,~@$r  
    图2
    xB,(!0{`  
    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： =QW:},sp  
    rNeSg=j  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） -](3iPy}  
    -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。 N>',[4pJ|  
     @mu=7_$U  
    [-w+ACV~  
    图3
    Fr]B]Hj  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 dPyZzMes=  
    \-RVPa8k  
    图4
    5db9C}0  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6" |+\  
    i`EG80\[Z  
    图5 Schvwlm~i  
    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： A IsXu"  
    )U:W 9%  
    图6
    UYsyVY`Fm|  
    4.总结 !KmSLr7xU  
     bj U]]  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Rx.dM_S  
    O"f|gc)GLz  
    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。 gIcm`5+T  
    K5:>  
    8? &!@3n  
    QQ：2987619807     #H&`wMZZ:  
     
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