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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） ^{m&2l&87  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 )[]*Y]vSx  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 *%#Sa~iPo  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 iLIv<VK/d  
    >Hd0l L  
    摘要 ~M !9E])  
     |ler\"Eu  
     L#>^R   
    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。 x&4gy%b  
    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。 vhz[H  
    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。     5Kw$QJ/  
    ~A-vIlGt!  
    1. 建模任务 v*[oe  
     1!P\x=Nn_  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ G< _<j}=  
    JsA.j qkB  
    0hB9D{`,{  
    2. 方法 TilCP"(6D  
     $E,,::oJ  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： PZ[hH(EX  
    'lIj89h<E  
     ^lP;JT?  
    rFLm!J]  
    0Uf.aP  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 NSV;R~"  
    pj9*$.{  
    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。 y8e'weK  
     ^NB\[ &  
    C>=[fAr mO  
    5fjL  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 N/V~>UJ0{*  
    WXmR{za   
    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。 30fqD1_{  
    vAt ]N)R  
    1) 评估最大模式阶数 J-U5_>S  
    *u ^mf~  
    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： ]*v [6 +  
    &$NYZ3?9  
    S(ky:  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Cw$7d:u  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 S9kA69O  
    Y2d(HD@  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Hpj7EaMZ_  
     L )53o!  
    -PiakX  
    UNF@%O4_T  
    !e?2 x@J  
    2）设置多模高斯光源 0?Bv zfb  
    t$EL3U/(  
     8Xx4W^*_  
    pQCocy  
    8s9ZY4_  
    3) 设置优化函数 :ZsAWe{%,J  
    qtlcY8!  
    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)。 M97MIku~9  
    36MNaQt'e  
    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。 ddzMwucjp  
     ngOGo =  
    QX$3"AZ~  
    Ny5$IIF e  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 0q o]nw  
    BFswqp:  
    +!cibTQTT  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） |a!]Iqz"N  
    !,9 ;AMO -  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ;[B-!F>  
    W|(U} PrC  
    a. 打开参数优化 s<{) X$  
    Eg(.L,dj  
    opgNt o6$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )x3p7t)#  
    UsgrI>|l  
    图2
    >';UF;\5]Q  
    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： 5;X r0f  
    H,EGB8E2  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） @_0tq{  
    -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。 W>(w&k]%B  
     R(f6uO!m  
    IXpn(vX  
    图3
    <>H^:iqn  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 rE%H NPO  
    Mc{-2  
    图4
    nd }Z[)  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 o(yyj'=(  
    .'b| pd  
    图5 n(W&GSj|u9  
    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： O9rA3qv B  
    W'6sY@0m  
    图6
    iKu4s  
    4.总结 LfN,aW  
    PYTwyqS  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 NAOCQDk{  
    J,J6bfR/  
    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。 P!I Lji!  
    (4|R}jv  
    QQ：2987619807     Tj+U:#!!~  
     
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