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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） Gmq/3tw  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 \&iP`v`K  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 H+ 0$tHi  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 de;GrPLAi  
    0 Emr<n  
    摘要 B{C??g8/  
     QZ:8+[oy  
    *i- _6s  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 kLn i{IYN7  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 .72S oT  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     V8HnUuz  
    @g$Gti  
    1. 建模任务 :SGF45>B@  
     %y|)=cm[  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ `^FGwx@  
    KOp162X>r  
    (h5'9r  
    2. 方法 ,XIz?R>;c  
     jp"JafS/E  
    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： x-AZ %)N9  
    8&3V#sn'  
     :I:!BXQT$  
    hDcEGU_  
    bBS,-vN  
    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。 %QKRFPYhS  
    _&j}<K$- (  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 &b?LP]   
     Zuw?58RE\  
    b D[!/'4eJ  
    Okm{Xx  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ;M_o)OS3  
    ]Qfn(u=o  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。  y7$iOR  
    jGEt+\"/QJ  
    1) 评估最大模式阶数 ^H2-RBE#  
    g|<]B$yN#  
    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： @:U+9[  
    q*7zx_ o  
    %ix)8+Eb  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 }p!HT6 tZ  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 )~+e`q  
    t7m>A-I  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 niqN{  
     P4F3Dc  
    *r=:y{!Yd  
    xZQg'IT  
    9uer(}WKT  
    2）设置多模高斯光源 SnFk>`  
    9(5Oe H6o?  
     #%D_Y33;  
    wmTq` XH)  
    (d<4"!  
    3) 设置优化函数 ;[W"mlM  
    $zyIuJN#  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 F@*+{1R  
    Ci<ATho  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 *3&fqBg  
     >2Jdq  
    qWx][D"  
    @EDs~ lPv  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ']>Mp#j  
    qqu.EE  
    o.'g]Q<}UB  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） *0|IXGr  
    n#:N;T;\a  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 El o Me~a3  
    CXO2N1~(J  
    a. 打开参数优化 e+j)~RBnu3  
    ,uPJ_oZs  
    u_ '!_T L  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 :OkT? (i  
    a?6a b+7#  
    图2
    hBFP1u/E'  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ]b=P=  
    GG0R}',0  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） *0}3t <5  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ;?6No(/  
     /MF! GM  
    l6~-8d+lfN  
    图3
    ]a! xUg!S  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 \|Ul]1pO8  
    c= x,ijY "  
    图4
    ynB_"mg  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 gi-Yqco  
    #!$GH_  
    图5 4WN3=B  
    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： _9?I A  
    GV^i`r^"  
    图6
    2<][%> '  
    4.总结 v NeCpf  
    =1u@7Bh  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 cwuO[^S}  
    a3VM '  
    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。 3VUWX5K?  
    !bD@aVf?5  
    QQ：2987619807     d @*GUmJ  
     
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