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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） 8`{:MkXP  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 B@))8.h]  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Po0A#Zl  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 T{^rt3a  
    v~C Czg  
    摘要 c#]4awHU  
     CxmKz78  
    }6~hEc*/"  
    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。 Q\vpqE! 9  
    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。 B mb0cF Q  
    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。     est9M*Fn  
    (L:>\m&NO  
    1. 建模任务 DfD&)tsMQ  
     !|uWH  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ G4;Oi=  
    6_;icpN]  
    4"ZP 'I;  
    2. 方法 nFCC St$  
     /}Axf"OE  
    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： V Q@   
    pllGB6X  
     Yh7t"=o  
    ?j.,Nw4FC  
    -i|}m++  
    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。 lVa%$F{Pq  
    1GRCV8 "Z^  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 !BF; >f`  
     >'$Mp<  
    q i;1L Kc  
    ,p a {qne  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 /nsX]V6i  
    h#*dI`>l-  
    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。 .{^5X)  
    T::85  
    1) 评估最大模式阶数 qR{=pR  
    wlvgg  
    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： Ax@$+/Z!  
    %1L,Y  
    @mBQ?; qlK  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 'LC1(V!_j  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j (d~aqW  
    vr l-$ii  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 sP~<*U.7  
     ?V=ZIGj  
    }X6m:#6  
    q`-N7 ,$T  
    eByz-,{P  
    2）设置多模高斯光源 =nS3p6>rZ  
    3d]S!=4H"  
     A)!*]o>U  
    yyJ  f%{  
    T -2t.Xs  
    3) 设置优化函数 jr. "I+  
    3$R1ipb  
    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)。 ,4$>,@WW~  
    AT3Mlz~7#  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 }0z)5c  
     O/C rd/  
    m(!FHPvN  
    ki!0^t:9  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 f}e`XA?  
    q9_OGd|P  
    \2$|Ei7  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ;^*W+,4WB  
    2ilQXy  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 D>q9 3;p  
    4HlQ&2O%#  
    a. 打开参数优化 n>YKa)|W`  
    )t#W{Gzfmh  
    eauF ~md,  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 4[e X e$  
    3pKQ$\u  
    图2
    =H8;iS2R  
    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： L4HI0Mx  
    wHy!CP%  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） p5iuYHKk?  
    -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。 :F?C)F  
     Lf&kv7Wj  
    5b*C1HS@X  
    图3
    y)@wjH{6  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 GTd,n=  
    {wKB;?fUvk  
    图4
    Gc|idjW4  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 k,*XG$2h  
    4r}51 N\  
    图5 (9a^$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： 7[)E>XRE  
    e^voW"?%  
    图6
    {IjR^J=k  
    4.总结 PW0LG^xp`  
    WyiQoN'q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 upmx $H>  
    AK4t\D)K1  
    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。 x%B%f`]8  
    75lA%| *X  
    QQ：2987619807     Bzf^ivT3L  
     
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