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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） ]gmkajCzD  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 YBQ{/"v%|  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 AmBLZ<f;  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 wE#z)2?`\  
    S3?U-R^`  
    摘要 qfyuq]  
     }M~[8f ]  
    nrCr9#  
    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。 a<&GsDw  
    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。 M[?0 ^ FBx  
    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。     I5w> *F   
    L*1yK*  
    1. 建模任务 7aeyddpM  
     (r"2XXR  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ O8 5)^  
    '~[JV>5  
    {S5j;  
    2. 方法 qp2&Z8S\D  
     Pa */&WeB  
    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： :PQvt/-'(D  
    _r vO#h  
     2Z*^)ZQB  
    a<v!5\dq!  
    4! DXj0^  
    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。 EGK7)O'W  
    u51Lp  
    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。 | gP%8nh'C  
     X&cm)o%5Fe  
    l&uBEYx   
    2q%vd =T  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 br4 %(w(d  
    &\AW} xp  
    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。 ,=`iQl3(y/  
    wak'L5GQE  
    1) 评估最大模式阶数 P6u%-#  
    zAO|{m<A2  
    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： aYcc2N%C  
    GJn ~x  
    p]J0A ^VV  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 E<L6/rG  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 h"On9  
    #]lK!:  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 XJZS}Z7h  
     (GbZt{.  
    JId|LHf*P  
    31~Rs?~f(  
    0i/!nke.  
    2）设置多模高斯光源 Gw?$.@L'I6  
    s?_H<u  
     z;6,,  
    d@>1m:p  
    U$ 22r b  
    3) 设置优化函数 !r`/vQ #  
    P2sM3C  
    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)。 C vWt  
    s)j3+@:#  
    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。 [ .c'22R6  
     T{zz3@2?  
    b0 y*}  
    A!^gF~5  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 s.XLC43Rs  
    @]X5g8h  
    _p\O!y  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） P%Tffsl  
    (5Sv$Xt  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 q ,*([yX  
    1eMz"@ Q9  
    a. 打开参数优化 ~<q^4w.=7C  
     @t<KS&  
    fm&pxQjg  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 l|5;&(Y+s  
    Rg~F[j$N  
    图2
    )@a_|q@V  
    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： ZA.i\ ;2  
    1cY,)Z%l #  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） &~#y-o"  
    -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。 #Hi$squJ  
     N Ah^2X  
    X^9eCj;c  
    图3
    eGQ -Ht,N  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 WC`x^HI  
    [WW ~SOJe  
    图4
    od RtJ[   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pW1(1M)[%Z  
    gPw{'7'U  
    图5 <U~at+M  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： ;)rXQm  
    ,8Q&X~$rY  
    图6
    9jW"83*5  
    4.总结 v5dLjy5  
    H?tX^HO:q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 $&jte_hv  
    vnD `+y  
    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。 RG y+W-  
    xDEjeM G  
    QQ：2987619807     $#/f+kble  
     
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