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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） *=mtt^yZ  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 xCz(qR  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ob05:D_bc9  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 @v\Osp t=  
    R$k4}p  
    摘要 XCCN6[[+  
     XT> u/Z)  
    _so\h.lt  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 BZP}0  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 x>d,\{U  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     ET;YAa*  
    O{SP4|0JV  
    1. 建模任务 Pky/fF7e  
     p;zV4uSv  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ FJomUVR.  
    CtJ*:wF  
    '!^5GSP3&  
    2. 方法 @?lmho?  
     )0 UVT[7  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： AP5[}$TT  
    GcaLP*%>B  
     8Y?zxmwn]  
    E j`  
    Q$_y +[  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 d"o5uo  
    kk#%x#L[  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ~Gm<F .(+  
     67/JsL  
    l{<+V)  
    p)v|t/7  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Ro3C(aRx  
    9oBK(Sf@^  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ~A^E_  
    ~SUrbRaY>  
    1) 评估最大模式阶数 nX%b@cOXj  
    "g27|e?y  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： z,dh?%H>X  
    )tYu3*'  
    55Z)*JMv  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 0T,uH  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 &iKy  
    c IK  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 vDI$ QUMD6  
     /c2| *"@X  
    ov;1=M~RF  
    ayF+2(vch)  
    R 6JHRd  
    2）设置多模高斯光源 -wr#.8rzTT  
    (Y i 1U~{:  
     pGZiADT  
    $fifx>!  
    lRA=IRQ]  
    3) 设置优化函数 K(jo[S  
    n vzk P{  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 3Ye{a<ckK  
    %M)LC>c  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 RZMR2fP%  
     @vyq?H$U;N  
    4# +i\H`  
    \dAs<${(  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 EKu%I~eM  
    Y#e,NN  
    ^]rPda#  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） pW&K=,7|  
    Ymvd3>_  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 #hMS?F|  
    +/+>:  
    a. 打开参数优化 N!~O~ Eo3  
    2WO5Af%  
    lKdd3W"o  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 6W\G i>  
    =D~>$ Y  
    图2
    ohU}ST:9  
    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： &&PXWR!%]  
    njxfBA:  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） gN@|lHbU  
    -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。 "ov270:  
     sP:nTpTsC  
    bZ 0{wpeK=  
    图3
    ;_X2E~i[  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ?3 S{>+'  
    )L/0X40<.  
    图4
    \s?8}k  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6?(yMSKa  
    )FpizoVq0  
    图5 `92P~Y~`W  
    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： MxgJ+  
    @WCA 7DW!  
    图6
    38mC+%iC  
    4.总结 @{>0v"@  
    I>EEUQR/$H  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 EVlj#~mV  
    fc&djd`FuX  
    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。 6Ki!j<  
    ?}e^-//*i  
    5pT8 }?7  
    QQ：2987619807     ^c<8|lK L@  
     
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