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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） O3V.4tp  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 BG6.,'~7o  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 4bCA"QM[[  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 U!{~L$S  
    :7M%/#Fy  
    摘要 0bpGPG's&  
     KPVu-{_Fi  
    !gJTKQX4  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 Hu9nJ  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 /lC,5y  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     RBz"1hRo`  
    +DG-MM%\  
    1. 建模任务 3:O|p[2)L  
     2$o#b .  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ `$Um  
    /d+v4GIB  
    h3bQ<?m  
    2. 方法  ,)uW`7  
     b# Dd  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： h<V,0sZ&:  
    *8Su:=*b  
     .sc80i4  
     &.(iS  
    nuDu  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 `ZZ3!$czR  
    fW Pa1E@  
    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。 q:nUn?zB  
     \!hd|j?&6  
    VDro(?p8Z  
    =;GmLi3A  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 A;5_/ 2  
    y4! :l=E^  
    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。 k( Ik+=u  
    BL~#-Mm<|l  
    1) 评估最大模式阶数 6ddRFpe  
    P l!E$   
    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： 5VpqDL~d  
    f[vm]1#  
    l-cBN^^  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 }9^'etD  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 MLlvsa0  
    e$teh` p3  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 p0y|pD  
     skXzck  
    >Tjl?CS  
    nGwon8&]]  
    :{^~&jgL  
    2）设置多模高斯光源 g_n_Qlo  
    tK@7t0  
     RT3(utwO  
    *DvX|| `&  
    S,C c0)j>  
    3) 设置优化函数 4%zy$,|e  
    $&qLr KJ  
    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)。 Q=>5@sZB  
    d2NFdBoI  
    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。 kGs\"zZM  
     u  Fw1%  
    j!kJ@lbP  
    *zN~x(0{E  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 mR|5$1[b  
    `&.qHw)  
    (,t[`z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ?&zi{N  
    ji>LBbnHdE  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 !Y r9N4  
    C-)d@LWI  
    a. 打开参数优化 =-~))!(  
    Aqmw#X  
    ;~L,Aqn7  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 <"6\\#}VG  
    0:71Xm  
    图2
    <,0/BMz  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 63%V_B|  
    )iiaT~ ]  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） D vvi)/<  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ?<BI)[B  
     bcvm]aPu  
    XN6$TNsD$  
    图3
    s3m \  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ]" e'z  
    :!Dm,PP%  
    图4
    L C##em=Y  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 T iL.py,  
    h,B4Tg'  
    图5 [ `1` E1X  
    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： h~]e~u V  
    gE$Uv*Gj  
    图6
    4eB oR%2o  
    4.总结 )+'=Zvgej=  
    GDC@s<[k  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ?H,f|nc  
    t_xK?``  
    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。 Z3YKG{g  
    &4KUXn[F  
    2L;=wP2?{  
    QQ：2987619807     5@r6'Z  
     
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