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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） GSk;~^l  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028  3N;X|pa  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 FsD}N k=m~  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 lOVsp#  
    Gv<K#@9T  
    摘要 .6r&<*  
     (`T:b1  
    C,Ch6Ph  
    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。 V97Eb>@  
    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。 !dZC-U~  
    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。     -\>Xtix^-c  
    NKRNEq!  
    1. 建模任务 ^)X^Pcx  
     0%v p'v  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ GR/ p%Y(  
    4/$]wK`  
    QH+Oi&xH  
    2. 方法 9Czc$fSSt  
     D{ c`H}/`  
    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： oM J5;  
    /']Gnt G.  
      I"r*p?  
    Tc{r}y[)  
    8USF;k  
    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。 OD{Rh(Id  
    u"nyx0<  
    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。 !uHX2B+~  
     L~~;i'J  
    ]@Q14   
    UL(#B TK  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 9[/Gd{`XC  
    ?k#-)inf)  
    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。 hV_0f_Og  
    iGM-#{5  
    1) 评估最大模式阶数 j`(o\Fd )  
    H~fZA)W 4Y  
    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： ]^R;3kU4Q  
    }]kzj0m  
    ;4%^4<+3  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 dnH?@ K  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ji:JLvf]%  
    "|(+~8[  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 /&a[D 2  
     m%ak]rv([  
    njX!Ez  
    X]M)T  
    a~WtW]  
    2）设置多模高斯光源 3}2'PC  
    &*r YY\I  
     NJwcb=*  
    Jk 0 ;<2j  
    EX=Q(}9F<  
    3) 设置优化函数 )FYz*:f>&  
    _=}Efy7  
    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)。 yS %J$o&  
    U8;k6WT|  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Sm{idky)[  
     Bzw~OB{!=J  
    C&D!TR!K  
    {O[a +r.n  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ,_D`0B6o  
    [YLaR r  
    }PUQvIGZZ&  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） YOqGFi~`  
    -$>R;L  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 A7C+-N  
    vm_+U*%c  
    a. 打开参数优化 IR(qjm\V  
    iG!tRNQ{y  
    qn5e[Vn  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 TW" TgOfd  
    X3 P~z8_  
    图2
    o+ r?N5  
    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： _Y?p =;  
    KC[ql}JP  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） }.>( [\ q  
    -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。 _8v8qT}O~4  
     !uLz%~F  
    `qbf_;\  
    图3
    ;`p+Vs8C  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 w^6rgCl  
    Gb4k5jl  
    图4
    E3@G^Y  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ycz6-kEp  
    %}elh79H*  
    图5 N =FX3Z  
    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： P-o/ax  
    jdqVS@SD  
    图6
    >4b:`L  
    4.总结 |qnAqzK|  
    x1VBO.t=*  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 pnl7a$z  
    WhQK3hnm  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 S~X&^JvT  
    .fY1?$*6c  
    QQ：2987619807     I]+xerVd  
     
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