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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） TEC#owz  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 DYgz;Y/%l  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 x5M+\?I<2  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 "`* >co6r  
    pM*( kN  
    摘要 >h(GmR*xM  
     }CrWmJu0  
    KJt6d`ZN  
    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。 *nV"X0&  
    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。 acj-*I  
    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。     NK%Ok  
    C!Fi &~  
    1. 建模任务 >U]KPL[%  
     ^Qxv5HS2  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ J!@R0U.  
    Rq|]KAN  
    6Z@T /"mU(  
    2. 方法 Ejyo oO45  
     :fnK`RnaQ  
    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： <s'0<e!./t  
    =L{-Hu/j  
     Mh}vr%0;)  
    s Dsq:z  
    " #w%sG^_  
    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。 ZCNO_g  
    Nema>T]  
    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。 H,LJ$ py  
     WDt6{5T  
    XaMsIyhI  
    +R;s< pZ^  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 6S0Gjekr  
    <@Y`RqV+  
    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。 X<g }F[Y  
    mo&9=TaG  
    1) 评估最大模式阶数 F#.ph?W  
    8uA!Vrp3  
    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： T*'WS!z  
    g~76c.u-  
    z8xBq%97us  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ! w;/J^  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 r Cb#E}  
    A>_,tt  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 K'f2 S  
     YoWXHg!U  
    Ns5P,[pBOZ  
    eL{$=Um  
    aS~~*UHW  
    2）设置多模高斯光源 M; YJpi  
    )RQQhB  
     !t\sg  
    FW{K[km^P  
    lR]FQnZ  
    3) 设置优化函数 14*6+~38m&  
    M}q;\}  
    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)。 &>QxL d#  
    !YZKa-  
    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。 *zW]IQ'A  
     5u3KL A  
    (]PH2<3t  
    #zBqj;p  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 M0OIcMTv  
    s!>9od6^  
    =%s6QFR  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） g yhy0  
    m9+?>/R  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 B]6Lbp"oo  
    %5nEyZOq  
    a. 打开参数优化 #)]/wqPoW  
    IM5[O}aq  
    i ^2A:6}?  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Wh~,?}laj  
    &0fV;%N  
    图2
    XODp[+xEEt  
    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： S4-jFD)U  
    w~Nat7nD  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） nHRk2l|  
    -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。 xEeHQ7J  
     S.q0L  
    69apTx  
    图3
    UBk:B  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 dnQ6Ras  
    ?/-WH?1I  
    图4
    )VqPaKZl  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 E> $_ $'  
    ;jN1n xF  
    图5 ~*<`PDO?  
    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： 99CK [G  
    FK`:eP{  
    图6
    +{C)^!zBK  
    4.总结 rK`^A  
    Q w - z  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {9.UeVz  
    o4Cq  /K  
    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。 _VTpfeL@n  
    ;Krb/qr4_  
    QQ：2987619807     r/"^{0;F{W  
     
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