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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） uihU)]+@t/  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 N3rq8Rk  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ><Awk~KR  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 d(X/N2~g  
    Wq}Y|0c  
    摘要 j'QPJ(`~1l  
     WNmG'hlA  
    j2GTo~muq  
    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。 5HqvSfq>?  
    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。 #q mv(VB4  
    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。     =Sp+$:q*  
    km,I75o.  
    1. 建模任务 BV-(`#~:y  
      n)t'?7  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ .X](B~\!  
    bCL/"OB  
    V7}]39m(s  
    2. 方法 nd #owjB  
     aT_%G&.  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： UrRYK-g  
    &ra2(S45  
     Mc@_[q!xY?  
    XEe$Wh  
    !+V."*]l  
    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。 vKFEA7  
    4o69t  
    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。 Xf%vfAf  
     >.1d1#+b  
    ;BmPP,  
    UY}EW`$#m  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 s^R$u"pFs  
    m8Y>4:Nw  
    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。 1/tyne=m  
    7I=vgT1F  
    1) 评估最大模式阶数 ^9zlxs`<d  
    8I]rC<O6:  
    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： L}UrI&]V$:  
    yW]>v>l:Eg  
    Q79WGW  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 H.]p\ UY9  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 S|  
    @ QfbIP9  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 9yYNX;C  
     FG5YZrONx  
    >uP1k.z'I  
    AvZO R  
    Egi(z9|Pp  
    2）设置多模高斯光源 = J0r,dR  
    otmyI;v 7<  
     R+5yyk\  
    eHc.#OA&  
    sp7#e%R\  
    3) 设置优化函数 Q6$^lRNOpk  
    #Fckev4  
    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)。 Ch'e'EmI  
    :4x&B^,53  
    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。  ,8)aK y  
     S76x EL  
    d;g]OeF  
    ^%t{:\  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 6 g)X&pZ  
    }*|aVBvU  
    xgJyG.?  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ,veo/k<"r8  
    Q94p*]W"  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ,GMuq_H  
    +a|u,'u  
    a. 打开参数优化 6Tg'9|g  
    *qKf!&  
    0IxHB|^$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 J:dNV <A^  
    6.M!WK{+  
    图2
    ^:2>I$  
    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： "Xj>dB1~  
    -ze@~Z@  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） uz@lz +  
    -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。 7 aN}l QM  
     )AXa.y  
    cHUj6'neO  
    图3
    kj@m5`G  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 6Z!OD(/e  
    %iD'2e:  
    图4
    x?2y^3<5  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 4~e6z(  
    Mo&Po9  
    图5 $Hal]  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： f/pr  
    \SA$:^zO  
    图6
    r(Y@;  
    4.总结 q&@q /9kz  
    +f\r?8s  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ol@LLT_m  
    o%l|16DR  
    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。 '+iqbcUd,  
    2@f?yh0  
    QQ：2987619807     ILT.yxV  
     
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