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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） 7WEoyd  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ZG1 {"J/z  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 -ei+r#  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 s^ K:cz  
    l8RKwECdPn  
    摘要 rl XMrn  
     iS}~e{TP/  
    [OQ+&\  
    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。 !E9A=u{  
    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。 bXK$H=S Bz  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     Y$N D  
    +*KDtqZjk  
    1. 建模任务 r9$7P?zm  
     'cvc\=p  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ - xQJY)  
    n^k Uu2g|  
    lZ5TDS  
    2. 方法 uqK[p^{  
     02~GT_)$^  
    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： Rb_+C  
    LKI2R_|n  
     Ar1X mHq  
    J7s\  
    vm`\0VGSW  
    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。 * AjJf)o  
    a$h zG-  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 il >XV>  
     XyE%<]  
    Q^\f,E\S  
    bAm ,gP  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 iXFN|ml  
    wNhtw'E8  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 Y#aHGZ$i  
    PR*qyELu  
    1) 评估最大模式阶数 +5IC-=ZB  
    UA$Xa1  
    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： 8f{;oO  
    \)m V2r!%  
    %)@3V8OI  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ECEDNib  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #ZvDf5A  
    nPo YjQi  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 X6lUFko  
     !$|h[ct  
    Zfub+A  
    -Rz%<`  
    NA9N#;  
    2）设置多模高斯光源 "=ogO/_Q"  
    Q]oCzSi  
     [j^c&}0  
    o?\v 8.n  
    2or!v^^u  
    3) 设置优化函数 K{#1O=Gi  
    bEc @"^)  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 D%NVqk|  
     /i  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 (<:mCPk(~  
     v<wR`7xG  
    T nG=X:+=  
    =$t  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2%F!aeX  
    ",&c"r4c  
    d|c> Y(  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） | N/Wu9w$  
    CF?TW  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 e//q`?ys  
    [C TR8  
    a. 打开参数优化 iB=v >8l%  
    XK 09x1r  
    6q!smM  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (2vf <x  
    (i*;V0  
    图2
    gU^2;C  
    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： vid(^2+  
    (Z72 3)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） `vijd(a?v  
    -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。 gqi|k6V/  
     &xGcxFd  
    ;| :^zo  
    图3
    H)${"  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {hLS,Me  
    I>jDM  
    图4
    FojsI<  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 F9SkEf]99  
    {U,q!<@mq  
    图5 6,*o;<k[  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： u\JYxNj1  
    nDh D"rc  
    图6
    -0{"QhdE%  
    4.总结 laQM*FLg  
    m'Thm{Y,?n  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Z3)l5JG)  
    Xyrf$R'  
    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。 )$Erfu  
    z}" Xt=G?  
    QQ：2987619807     U#jbii6e  
     
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