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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） }"nItcp.1  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 [\^ n=  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 T,,WoPU8t  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ^cOUQ33  
    t6bV?nc  
    摘要 y`Wty@  
      ~^NtO  
    .5^cb%B*  
    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。 jD$,.AVvz  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 }^ApJS(FQ  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     R/~p>apg8  
    f(>p=%=O  
    1. 建模任务 [<lHCQXJ/  
     l5S aT,%  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ NO*u9YH?  
    .?8;qA  
    Z^bQ^zk-  
    2. 方法 9P1OP Xv*p  
     LC,F <>w1  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 0M_ DB=  
    LdYB7T,  
     (ZS}G8  
    G?L HmTHg  
    R3 -n>V5o  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 K^ vIUZ>  
    hE-h`'ha`  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 %|s; C  
     HZ aV7dOZ8  
    l.q&D< _  
    9g9HlB&Ze  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 XQY#716)  
    y_* !6Xr  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 0z`a1 %U  
    \{Y 7FC~  
    1) 评估最大模式阶数 &W| [r(  
    +^` I?1\UF  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： *D'22TO[[!  
    D>`xzt'.6  
    y*4=c _Z  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ux=w!y;}  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 !S$:*5=&  
    NxkGOAOE  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `LrHKb aP  
     ahJ`T*)HY  
    L ^r#o-H<  
    aZH:#lUlj  
    K?6jXJseb  
    2）设置多模高斯光源 GoJ.&aH $  
    rlMLW  
     w^\52  
     |tKsgj  
    bHY=x}Hv  
    3) 设置优化函数 W/=.@JjI  
    _('=b/  
    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)。 6Pz4\uE=  
    R}-(cc%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。 NN%*b yK  
     |J1$= s  
    qz"}g/;?  
    ;0Q4<F  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 wy<\Tg^J  
    C(eTR1  
    {AhthR%(1  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ;!>rnxB?4  
    @bi}W`  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 TtJH7  
    6O7'!@@  
    a. 打开参数优化 EGGWrl}1  
    9"N~yKa`"K  
    Z&G+bdA>,  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ]tim,7s  
    `}D,5^9]  
    图2
    c/:b.>W  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： '3R`lv   
    S){)Z  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） F3y9@dA]  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 46}g7skD  
     ^6jV_QM#  
    AgWa{.`f:  
    图3
    H[NSqu.s  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 zv|2:4H  
    ZFi ee|,q  
    图4
    ~Z-Vs  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ^3G{|JB!+  
    EH- sZAv  
    图5 \Q {m9fE  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： im${3>26  
    ]RwpX ^ 1  
    图6
    !`M,XSp(  
    4.总结 aE Bu *`-j  
    [xbSYu,&  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 FDv<\2+ c  
    hnffz95  
    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#-sZ=  
    1;JEc9# h  
    QQ：2987619807     <!&[4-;fU  
     
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