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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） $mq @g  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 K1*]6x,  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 $3Srr*  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 BP`'1Ns  
    8^|lsB}x?  
    摘要 m03]SF(#3  
     ~AbTbQ3  
    a2\r^fY/  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 Ed=]RR 4R  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 ~k[q:$T  
    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。     mDJN)CX  
    #> @~3kGg  
    1. 建模任务 -P'KpX:]hd  
     FF7  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Dhy@!EOS  
    _k2*2db   
    @#= ail  
    2. 方法 ej9|Y5D"S  
     s`Z'5J;S  
    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： ppu WcGo  
    A,'JmF$d  
     qe"t0w|U?  
    fKN&0N |^R  
    `(@}O?w!1  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ?*h 2:a$  
    R#0Z  
    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。 Az"(I>VfD  
     qS{E+)P  
    vsL)E:0  
    G(6MLh1  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 a= *qsgPGL  
    7xr@$-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。 mz kv/  
    , e6}p  
    1) 评估最大模式阶数 [TFd|ywn  
    !?u{2 D  
    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： mqFo`Ee  
    l[D5JnWxt  
    C_~hX G  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +^\TG>le  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 1<ic 5kB  
    R<GnPN:c  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 [^4)3cj7}  
     4I97<zmrT  
    ,m)k;co^  
    d|RqS`h ]  
    E0o?rgfdq  
    2）设置多模高斯光源 ] s))O6^f  
    Xi~%,~  
     i G%h-  
    zj9)vr`7  
    yaD_c;  
    3) 设置优化函数 tDk!]  
    }KZt7)  
    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&?`Q  
    ][IEzeI_LN  
    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。 d@?++z  
     [_pw|BGp  
    hhU: nw  
    2Vn~o_ga  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 f*IC ZM  
    i 6@c@n  
    `,O#r0m  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） RrG5`2  
    \(db1zmS~  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 z9B" "ws  
    x&kM /z?/  
    a. 打开参数优化 ;`f14Fb  
    e2 X\ll  
    VoTnm   
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 t(R Jc  
    T|o ]8z  
    图2
    Z Vin+z  
    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： H>qw@JiO!  
    ?b8 :  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Ac2,A>  
    -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。 XJ3p<  
     abW[hp  
    ,L.*95 ,  
    图3
    `v|w&ty*  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 N-9Vx#i  
    3;hztCZj  
    图4
    nN]GO}  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Sz_{#-  
    t6+c"=P#  
    图5 KS3>c7  
    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[5qN!P;y  
    1[g -f ,  
    图6
    <U]!1  
    4.总结 6Bop8B  
    UBm L:Qv  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 0,z3A>C  
    V8Fp1?E9S  
    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。 +~x'1*A_  
    `Q@w*ta)  
    QQ：2987619807     4Ucs9w3[  
     
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