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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） Qj /H$  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 9gK1Gx:  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 :L:] 3L  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 }n^}%GB  
    Tl_o+jj  
    摘要 "<^ Vp-7r  
     B[&l<*O-y  
    `mZ1!I-T  
    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。 Ia9!ucN7DA  
    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。 _{LmJ?!  
    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。     "{S4YA  
    nF3Sfw,  
    1. 建模任务 b+AxTe("  
     N-}OmcO]e  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 9-A@2&J1  
    qoph#\  
    [r]<~$  
    2. 方法 e7Gb7c~  
     3M^`6W[;  
    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： 6>)KiigZ\  
    qncZpXw^  
     1G(wESe  
    \8{Tj54NA  
    dj,lbUL  
    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。 h52+f  
    Iw$T'I+4W  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Sxy3cv53  
     geM`O|Np  
    rTC|8e  
    !"08TCc<  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 \"yR[.Q?   
    u91  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 >Zf*u;/dW$  
    *:l$ud  
    1) 评估最大模式阶数 (d <pxx  
    z;0]T=g  
    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@ $]m(  
    hL;??h,!_  
    A}"uEk(R  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ?K.!^G  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 </fTn_{2s8  
    G<*h,'B  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 b]8\% =d  
     ws]d,]  
    2NL|_W/  
    !<-+}X+o8$  
    127@ TN"  
    2）设置多模高斯光源 3 }rx(  
    @zix %x  
     )fT0FLl|1  
    3bugVJ9 3  
    >R/^[([;]  
    3) 设置优化函数 B)-P# ,}  
    6& 9q6IIy  
    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)。 8H SGOs =8  
    t6+>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。 URTJA<r8D  
     %ZlnGr  
    { lZ<'p  
    1[dQVJqMp(  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 %cMayCaI!@  
    AkqGk5e ^  
    /z(s1G.  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） qSVg.<+  
    <DdzDbgax  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 E~Y%x/oX  
    h"N#/zQ  
    a. 打开参数优化 dnX^?  
    kZ 9n@($B  
    jRdW=/q+(  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 "w{,ndZ  
    %{P." ki  
    图2
    C_hIPMU=  
    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： Z~7}  
    e}"k8 ./  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） m9m~2   
    -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。 y\[GS2nTX  
     4b$m\hoN  
    \cq.M/p  
    图3
    YWa9|&m1  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ),I7+rY  
    5s2/YG=  
    图4
    SB!m&;Tb  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 7otqGE\2  
    B.[5N;c  
    图5 KTu&R6|  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： v{>9&o.J  
    M7IQJFra  
    图6
    xZ&S7G1  
    4.总结 kC6s_k  
    C}mWX7<Z.  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 9!6yo  
    K,GX5c5  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 b(gcnSzM2  
    kPZ1OSX  
    QQ：2987619807     2$%0~Z5  
     
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