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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） ,O5X80'.g  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ^)gyKl:E'  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 b/z-W`gw  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Dd5 9xNKm  
    WMa0L&C~v  
    摘要 6*9 wGLE  
     `]eJF|"  
    C!5A,|DX  
    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。 +r8bGS]ki  
    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。 eTx9fx w  
    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。     M@A3+ v%K  
    JkAM:,^(  
    1. 建模任务 .Az36wD  
     ;9T}h2^`B  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ yQ[;y~W  
    "17)`Yf  
    tbRW6  
    2. 方法 { ] R'U/  
     +H2Jhgi  
    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： ~ 1h#  
    [b3!H{b#  
     Wm}c-GD  
    Q4"\k. ?  
    crM5&L9zF  
    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。 Q*smH-Sw  
    2^WJ1: A  
    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。 k5S;G"i J  
     8 c8`"i  
    YO7U}6wBt  
    jfxNV2[  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 &F&`y  
    p`Pa;=L  
    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。 6$k#B ~~  
    ebk>e*  
    1) 评估最大模式阶数 IK2da@V  
    gpV4qDXV  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： [A-_?#cZ  
    r[L%ap\{  
    bBjr hi  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 !/is+ xp  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 JtL> mH  
    9pp +<c  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 2Xt4Rqk$  
     )O1]|r7v  
    A5XMA|2_  
    7Aqg X0)  
    x>#{C,Fi  
    2）设置多模高斯光源 ]" 'yf;g  
    Z,).)y#B  
     6 R6Ub 0  
    \H] |5fp*  
    7OV^>"S  
    3) 设置优化函数 a1cX+{W  
    +MoUh'/u  
    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)。 hLO)-ueb  
    zKQ<Zr  
    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。 !vSI"$xd  
     o7) y~ ke  
    \QvGkcDc{  
    ?XBdBR_"^  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Ln& pe(c  
    \`n(JV  
    = L!&Z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） CsO!Y\'FY  
    7~h3B<  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 8Y`Lq$u  
    F]$ Nu  
    a. 打开参数优化 m%HT)`>bg  
    2f,8Jnia  
    [?]N GTr#  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ;wv[';J  
    ? x%s j  
    图2
    _jQ:9,; A  
    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： BlVHP8/b  
    72<9xNcB!}  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） q)q 3p  
    -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。 m}]{Y'i]R  
     B>2=IZ  
    )&c2+Y@  
    图3
    x@ -K  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 `Y&`2WZ ~  
    @cDB 7w\  
    图4
    Etz#+R&*  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 0Wr<l%M)+  
    V+gZjuN$  
    图5 U2VEFm6  
    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： H=/1d.p  
    W{,fpm  
    图6
    a5a ;Fp  
    4.总结 `G\ qGllX  
    }+,Q&]>~  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 uo:RNokjJ  
    e@'x7Zzh  
    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。 |IAx!Z-P  
    ,ri&zbB  
    ?^&ih:"  
    QQ：2987619807     ^ D0"m>3r  
     
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