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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） /\Y%DpG$  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 b\uB  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 )*QTxN  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 J W yoh|  
    %+OPas8C  
    摘要 q'8@0FT0  
     4>ce,*B1  
    !E.l yz  
    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。 `5 v51TpH  
    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。 ~>-;(YU"t  
    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。     PFn[[~5V  
    kpMM%"=V  
    1. 建模任务 5<GRi "7A@  
     t;~`Lm@hY  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ b+#~N>|  
     #,9TJ:~N  
    a_fW {;}[  
    2. 方法 R8W4 4I*R:  
     {,mRMDEy  
    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 ;Kb|e  
    (/P&;?j  
     xTawG?"D  
    oP`M\KXau  
    N %/DN  
    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。 _w,0wn9N$  
    \rnG 1o  
    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。 !5 :[XvI#  
     ob5nk ^y  
    C- Rie[  
    dGW7,B~  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 g[+Q~/yq  
    f?I *`~k  
    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。 U4I` xw'  
    N'BctKL  
    1) 评估最大模式阶数 G(3la3\(  
    `Q^Sm`R  
    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： S7>gNE;%]u  
    scEQDV  
    bvRGTOxO  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <%JO 3E  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ,%G2>PBt  
    |(ju!&  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 b1^Yxe#L  
     29DWRJU  
    X',0MBQ0  
    1e| M6*  
    3NZFW{u  
    2）设置多模高斯光源 7Cp_ 41._  
    IGV.0l  
     i1 Sc/  
    AFUl   
    O9&:(2'f  
    3) 设置优化函数 yC*BOJS  
    w:+#,,rwzV  
    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)。 :Rx"WY  
    O +}EE^*a  
    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。 ryLNMh  
     %Z0S"B 3  
    <5vB{)Tq  
    -{SiK  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 d+ko"F|  
    -)+DVG.t  
    <]qd9mj5  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） PzkXrDlB7  
    )Dpt<}}\  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 g}KZL-p4\m  
    WN1-J(x6  
    a. 打开参数优化 !jnIXvT1qy  
    0J</`/gH  
    *lO+^\HXD  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ?tQv|x  
    c)fp;^  
    图2
    JAlsc]XtO9  
    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： UH|.@7w  
    T^G<)IX`c  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 'PbA/MN  
    -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。 Z"T(8>c;g  
     ENjD~S  
    ~riw7"  
    图3
    mj|9x1U)  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 _8`;Xgp  
    TvwIro  
    图4
    dig76D_[e  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6LQO>k  
    ?\r3 _  
    图5 bOKNWI   
    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： B(dL`]@Xm  
    9%6`ZS~3  
    图6
    j-|0&X1C  
    4.总结 axOy~%%c  
    hZJqo +s  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Ij_`=w<  
    bf(&N-"A  
    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。 J< M;vB)  
    [G/X  
    0n=E.qZ9c  
    QQ：2987619807     mX_`rvYII  
     
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