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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） HOQ _T4  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 2.&V  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 WO*WAP)n  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 nTtt$I@hW  
    fN%5D z-e  
    摘要 \g[f4xAV  
     {j=hQL3  
    KZ >"L  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 0@/E% T1c"  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 H2_>Av{m  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     )I UWM  
    au}0PnA;  
    1. 建模任务 Hr,lA(  
     ?bYQZJ>&  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ghO//?m  
    i.dAL)V  
    e =Tc(Mwn  
    2. 方法 (Gk]<`d#N  
     A kQFb2|ir  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： -Aym+N9  
    J1ro\"  
     \C\y' H5  
    6o23#JgN  
    KZ/^gR\d  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 2+Y`pz47W  
    b6$A@b  
    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。 \^W?   
     o|n0?bThS-  
    8;BwzRtgT  
    k.R/X  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 :;u]Y7  
    aeLo;!Jh  
    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。 x3F L/^S  
    jP6G.aiO  
    1) 评估最大模式阶数 0$h$7'a  
    Y~ ?YA/.x  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： hfa_M[#Q-  
    WG=r? xE  
    @y2Bq['  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 {ZI6!zh'  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Vw@x  
    ;j\$[4W.i  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 hpe s  
     %z_b/yG  
    zYJ`.,#C 5  
    DQXx}%Px  
    _BaS\U%1(  
    2）设置多模高斯光源 !b8|{#qh.  
    j|8{Vyqd  
     aL6 5t\2  
    7#*CWh1BNO  
    ptL}F~  
    3) 设置优化函数 BnY|t2r  
    znpZ0O\!  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 cDol o1*  
    J-?(sjIX  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 D4S?b ZFHo  
     3nGK674;z  
    J, U~ .c  
    9 f/tNQ7W  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 4nXS9RiF2  
    WoR**J?}w  
    Q#bo!]H{t  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） D)$k{v#~  
    G2k71{jK  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ttt&sW`  
    j`hbQp\`  
    a. 打开参数优化 dL"i\5#%A  
    K`2DhJC  
    }i~j"m  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 r/:'}os;  
    Efd[ZJxS6  
    图2
    4tKf  
    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： E&v-(0  
    #Jb$AA! z  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） -<.NEV  
    -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。 ur5n{0#  
     (Gs g+c   
    ,urkd~  
    图3
    N=x,96CF  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 K",]_+b  
    j* ja)  
    图4
    1 .k}gl0<  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 P3>2=qK"E(  
    +}'K6x_  
    图5 I9aber1  
    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： %uMsXa  
    ^jC0S[csw2  
    图6
    qA[}\8}h  
    4.总结 P1jkoJ  
    >rGlj  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 pp_ddk  
    %%u4( '=  
    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。 Xb;`WE gC  
    L2tmo-]nw  
    QQ：2987619807     IC42O_^  
     
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