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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） nyRQ/.3  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 +`p@md2L1  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ?z/ )Hkw  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 "I n[= 2w  
    \|wUxijJ*,  
    摘要 p2)563#RS  
     YB?5s`vr9d  
    q"OJF'>w5  
    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。 [(d))(M$|  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 *y@Xm~ld  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     e^ ZxU/e  
    c:OFBVZ   
    1. 建模任务 (;(P3h  
     g UAx8=h  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ~ MZEAY9  
    'G|M_ e  
    2*5]6B-(  
    2. 方法 PQJI~u9te}  
     aZBS!X  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： [>#@?@x`P  
    L^b /+R#  
     ~IhLjE  
    %j7HIxZh  
    L2$`S'UW  
    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。 /ZpwJc`e  
    lBN1OL[N  
    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/cclFji]  
     4eh~/o&h  
    UifuRmn  
    :@=;WB*0  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 k  __MYb  
    }s>.Fh  
    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。  A&8{0  
    Zp'q;h_  
    1) 评估最大模式阶数 J}M_Ka  
    uNoP8U%*  
    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： ]@G$ L,3  
    <Z:Fnp  
    %X^K5Io  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 !8ch&cr)o+  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]?"1FSu-8r  
    1v2pPUH\  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 S9@2-Oc  
     : l&g5  
    e4rhB"qQdn  
    \fjr`t]  
    LF?MO1!M  
    2）设置多模高斯光源 <{"Jy)Uf  
    3l?-H|T  
     7!kbe2/]'  
    h F4gz*Q  
    ?K9zTas@  
    3) 设置优化函数 sQ05wAv  
    %<?U`o@*  
    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)。 c'Mi9,q  
    L32[IL|  
    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。 1nAAs;`'  
     \7elqX`.yY  
    9&VfbrBM  
    ^PrG5|,s  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 q?TI(J+/  
    1.6Y=Mh=i[  
    9@{=2 k  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） -Nu Rf#  
    "H"4]m1Wc  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 9u%S<F"  
    g*a|QBj%  
    a. 打开参数优化 KsR^:_e  
    xTV3U9 v  
    [:xpz,  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Q/u1$&1  
    tIJ?caX5=  
    图2
    *B ]5K{N  
    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： ?jy6%Y#,i  
     XeRbn  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） DuzJQ Sv  
    -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。 ,LpGE>s  
     '"~ 2xiin  
    #lo1GoL\  
    图3
    ,{rm<M.)  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 !y 7SCz g  
    )cUFb:D*"  
    图4
    Y-vLEIX=  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 =bDy :yY}  
    o n+:{ad  
    图5 ujH ^ML  
    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： q\q8xF~[p  
    %g+*.8;"b  
    图6
    F `cuV  
    4.总结 e/* T,ZJ  
    :^H#i:4  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 "T0s7LWp  
    B4d\4S_r%  
    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。 @Fs2J_v  
    ~wl 4  
    ,4`=gKn  
    QQ：2987619807     M+lj g&fy  
     
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