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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） Tq.MubaO  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 y|$vtD%c  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 dvC0 <*V  
    许可证：CC-BY-SA 3.0  |h  
    |C^ c0  
    摘要 u}^a^B$  
     hkkF1 h  
    r4;^c}  
    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。 7ZL,p:f  
    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。 ]6jHIk|  
    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。     )Uc$t${en  
    ?a*fy}A|  
    1. 建模任务 6s> sj7  
     z]'|nX  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 0~Um^q*'3  
    `\Uc4lRS  
    >fW+AEt\JB  
    2. 方法 :y4)qF  
     )e @01l  
    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： vx({N?  
    j0ci~6&b3_  
     x8\E~6`,  
    nh _DEPMq  
    d;;>4}XJ]  
    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。 b #o}=m  
    AGw1Pl8]K  
    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。 1EKcD^U,  
     ho?|j"/7  
    {JCSR2BB  
    )pkhir06t  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 XLkL#&Ir  
    T*7S;<2  
    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。 Zm"!E6`69  
    GN"M:L ^k`  
    1) 评估最大模式阶数 )^*9oqQ  
    .6lY*LI  
    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,s|gt v  
    0"wbcAh)  
    C:|q'"F  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 WZ-4^WM=!  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 L8,H9T#e  
    B:R7[G;1  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 @d8&3@{R^  
     clPZd  
    sR7{i  
    BN<#x@m$]  
    m'G?0^Ft  
    2）设置多模高斯光源 \NvC   
    pfJVE  
     Im0+`9Jw  
    +X2 i/}  
    T U"K#V&u  
    3) 设置优化函数 Pj1K  
    ,H#qgnp  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 r| 6S  
    7?n* t  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Z~-T0Ab-  
     #z-iL!?  
    r{Qs9  
    W<cW;mO  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 )7Hon  
    [0**&.obz  
    886 ('  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Skr\a\ J  
    e4>L@7  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Pq[0vZ_}dN  
    Se;?j-  
    a. 打开参数优化 WwCK  K  
    110>p  
    ul z\x2[Pf  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 s)o ,Fi  
    V1CSXY\2  
    图2
    _!$Up  
    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： !~w6"%2+7  
    MQbNWUi  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Pi"tQyw39$  
    -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。 M'>D[5;N~  
     *`S)@'@:(  
    @gu77^='  
    图3
    :#Ex3H7  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 alb+R$s  
    2EqsfU* I  
    图4
    ga 2Q3mV  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pdcwq~4~%  
    8 /RfNGY  
    图5 -!bLMLIg  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： H>X\C;X[  
    TYJnQ2m  
    图6
    r:8]\RU  
    4.总结 ~H yyq-  
    jV|$? Rcl%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ==e#CSJq  
    cV=_G E  
    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。 E^EU+})Ujr  
    kj<D4)  
    QQ：2987619807     @6i8RmOu}  
     
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