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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） -V.d?A4"  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Fg]?zEa  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 dEa<g99[?  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Z~  
    t<iEj"5  
    摘要 OX]V) QHVZ  
     >o,^b\  
    R"v 3!P  
    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。 FDzqL;I  
    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。 R\3VB NX.g  
    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。     WiL2  
    _f0C Y"  
    1. 建模任务 cf_|nL#9  
     U&Wwyu:4i  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ CT a#Q,  
    YIhm$A"z0"  
    jhgX{xc  
    2. 方法 T4/fdORS  
     T=f|,sK +7  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Ga>uFb}W~  
    C BYX]  
     oTjyN\?H  
    ;h=*!7:  
    <yA}i"-1W  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 :'L2J  
    F'}'(t+oAm  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 m><w0k?t  
     uE/T2BX*  
    O)|P,?  
    ~5 N)f UI\  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ,QIF &  
    `A$!]&[~|  
    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。 lT&wOm3  
    8F(h*e_?  
    1) 评估最大模式阶数 }kHdK vZ  
    Jq.lT(E8D  
    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： ,fDEz9-,  
    eK_*2=;XRW  
    Gl %3XdU  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Z7rJ}VP  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 mMx ;yZ  
    8M*PML4r  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 d6{Gt"  
     O`Gs S{$sS  
    _mvxsG  
    n6d9 \  
    kv,%(en]  
    2）设置多模高斯光源 WL,&-*JAW  
    fA%z*\  
     *_Z#O,  
    lE8&..~l$+  
    s`j~-P  
    3) 设置优化函数 _-!sBK+F  
    PP~rn fE  
    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)。 `i) 2nNJ"  
    LH 3}d<{  
    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。 SKuIF*"! S  
      XY.5Rno4  
    OJN2z  
    mME 4 l  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 v[@c*wo  
    N..j{FE  
    Md6]R-l@  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） "vCM}F  
    l\AMl \  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 SVlua@]ChU  
    q+ KzIde|%  
    a. 打开参数优化 aSuM2  
    o*x*jn:hm  
    \l"&A  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 n%R;-?*v  
    $WYbm}j  
    图2
    - K%,^6  
    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： K3uG2g(>2  
    "'8KV\/D  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） x83 !C}4:  
    -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。 l kyzNy9R  
     ^=n+T7"J  
    n,eJ$2!J  
    图3
    &1l=X]%  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 >-_d CNZ  
    '}g*!jL  
    图4
    uPYmHA} _/  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 x\&`>>uA  
    HkV1sT  
    图5 QB:i/9  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： MS(JR  
    PiV7*F4qI.  
    图6
    }>^Q'BW;65  
    4.总结 l$K,#P<)  
    +$xeoxU>;  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 2oa#0`{  
    O20M[_S  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 6{[pou&  
    X1IeSMAe  
    +,:du*C  
    QQ：2987619807     6:U$w7P0 e  
     
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