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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） !5K9L(gqb  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 4q\bnt  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 DJf!{:b)  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 *_7%n-k  
    J-g<-!>RM  
    摘要 _}-Ed,.=  
     $Y5m"wySZ  
    &udlt//^%  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 b$:<T7vei  
    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。 UMbM3m=\  
    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。     _]whHS+  
    3R sbi  
    1. 建模任务 na1*^S`[  
     G>);8T%l  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ oMV<Yn_<  
    &%Lps_+fJ  
    5J4'\M  
    2. 方法 t\$P*_  
     usR: -1{  
    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： VgO:`bDF  
    '=2/0-;Jf  
     3,<$z1Jm  
    z.q^`01/H  
    r#%z1u  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 KK%R3{  
    O+^l>+ZGj?  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 EBX+fzjQo  
     Z4 +6'  
    ZCAdCKX|  
    |aovZ/b4  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 :q0TS>l  
    z"n7du}v  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ;5bzXW#U  
    .A. VOf_  
    1) 评估最大模式阶数 +I {ZW}rA  
    %9!, PeRe  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： vO#=]J8`  
    qQu}4Ye>  
    R>iRnrn:-  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 #~(VOcRI  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 B8Cic\2  
    VM1`:1Z:$  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `EUufTYi  
     ueyz@{On~  
    +y$%S4>0tp  
    7 )`U%}R  
    J .r^"K\  
    2）设置多模高斯光源 2|KgRk|!  
    2L<iIBSJwm  
     IezOal  
    ^}+qd1r  
    8T7E.guYr  
    3) 设置优化函数 5v f?E"\r  
    ,F,\bp}  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 M?i U$qI  
    3 ?1qI'5  
    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。 H6Mqy}4W  
     h~]G6>D9)>  
    *v}8n95*2  
    mIK-a{?G  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 6QwVgEnSf  
    ET_a>]<mv  
    (aAv7kB&  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） PgeC\#;9  
    "0Wi-52=V  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 eDh]uKg  
    ~$GRgOn  
    a. 打开参数优化 Tq\S-K}4!  
    -VqZw&"  
    kK27hfsw  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 g>m)|o'  
    jT~PwDSFt3  
    图2
    M.|cl#  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： RObo4  
    iYqZBLf{S  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值）  I~'%  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 KW* 2'C&  
     iP7 Cku}l  
    #H'j;=]:  
    图3
    {t.5cX"[  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 [Eeanl&x>  
    P=.yXirm?  
    图4
    O%g Q  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 L}E~CiL0n  
    #Tz$ona  
    图5 V`/ E$a1&  
    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： _JVFn=  
    n{d0}N =  
    图6
    aC\O'KcH  
    4.总结 R&>G6jZ?8  
    KASuSg+  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {|KFgQ'\  
    ',7LVT7  
    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`Nkc  
    (i1 JDe  
    QQ：2987619807     eb6Ux  
     
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