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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） _4,/uG|a O  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 R*0]*\C z  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 $,u>,  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 @*e5(@R  
    C(CwsdlP  
    摘要 &?g!)O  
     sg`   
    V#X#rDfJZ  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 ,="hI:*<  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 A |u-VXQ  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     6|uv+$  
    #ZkT![ `  
    1. 建模任务 hXnfZx%  
     C&|K7Zp0v  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ AjVX  
    or,:5Z  
    4SVIdSA  
    2. 方法 +[vI ocu  
     {ty)2  
    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： >piVi[`  
    Ty<."dyPW  
     H2lQ(Y+H  
    2OVN9_D%  
    ]*?lgwE  
    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。 wKU9I[]  
    mF:Pplf<  
    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。 p<[MU4  
     t"JE+G  
    zfrNM9C  
    %@9c'6  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 n&l(aRoyx  
    ZJe^MnE (G  
    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。 A^ofs*"Y  
    %rlMjF'tG  
    1) 评估最大模式阶数 5G2G<[p5oQ  
     8 X Qo  
    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：  .0YcB  
    j(A>M_f;  
    6(=B`Z}a  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 8Kw, 1O:  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 n:|a;/{I]9  
    Vy=P*  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 O^J=19Ri  
     8eVy*h2:=  
    5^D094J|^  
    4VF4 8  
    8WE@ X)e  
    2）设置多模高斯光源 7KesfH?  
    Mz6\T'rC  
     STl8h}C  
    H#i,Ve '  
    Z`_x|cU?J  
    3) 设置优化函数 <Drm#2x!E  
    0!-'4+"  
    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)。 qt(4?_J  
    =r4sF!g  
    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。  zo1T`"Y  
     #{*5rKiL  
    CBO*2?]s  
    denxcDFu/~  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 o}DR p4;Ka  
    mPU}]1*p  
    n }b{u@$  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Nw9@E R  
     v%$l(  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 6cd!;Ca  
    idB1%?<  
    a. 打开参数优化 -:95ypi  
    X::@2{-@y  
     )ut$644R  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 XHxJzYMc  
    vh.-9eD  
    图2
    *^%+PQ  
    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： (/2rj[F&  
    cRH(@b Xr  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） B `.aQ  
    -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。 DXG`%<ZMn  
     43E)ltR=]  
    2 431v@  
    图3
    c(uD kX  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 w[F})u]E  
    >yr;Y4y7K  
    图4
    >|, <9z`D  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 T ay226  
    ?%`Ph ?BZl  
    图5 0Ix,c(%  
    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： r!1f>F*dt  
    TE;f*!  
    图6
    1$1>cuu  
    4.总结 >-\^)z  
    etT9}RbQ  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Q>\ Ho'  
    yH=<KYk  
    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。 CcW3o"=4  
    [0qswsV  
    QQ：2987619807     KAXjvZN1  
     
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