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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） g=G>4Ua3  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 qr$h51C&  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 :%&|5Ytb  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 n 0/<m.  
    &TgS$c5k  
    摘要 G5MoIC  
     =()Vrk|uK  
    }4Q~<2  
    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。 {C>E*qp}f  
    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。 Z;v5L/;  
    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。     KM-d8^\:  
    io&FW!J.  
    1. 建模任务 zD"n7;  
     pL [JGn  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,J*C'#sW  
    [I~&vLTe  
    .z+S @s[O  
    2. 方法 \ 8v^ hb  
     1hTE^\W  
    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： 7\0}te  
    Ji#eA[  
     &':Ecmo~`  
    9Sey&x  
    8-|| Nh  
    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。 5&C:&=Y  
    _O,k0O   
    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。 n0a|GZyO]  
     E|,RM;7  
    EvP\;7B  
    te[#FF3{  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 #ET y#jKL  
    J@}PBHK+  
    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。 1m~-q4D)V  
    Tr@|QNu  
    1) 评估最大模式阶数 .ZtW y) U  
    |tr^ `Z  
    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： +0l-zd\  
    Q8H+=L:  
    ,J&\) yTP  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 L*#W?WMM v  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Ga]\~31NE  
    4{lrtNd~K  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 :<P3fW  
     1w!O&kn  
    C~-.zQ$  
    `s8o2"12  
    PjG^L FX  
    2）设置多模高斯光源 Y"  Ut  
    V(5*Dn84  
     wgUgNwd1  
    jO0"`|(]s  
    cj\?vX\V  
    3) 设置优化函数 A\w"!tNM|  
    O=5q<7PM.  
    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)。 8l l}"  
    /O}lSXo6E  
    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。 6Z l#$>P  
     Q?2Gw N  
    8n,/hY>w  
    o~{rZ~  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Kw7uUJR  
    -#Ys67,4N  
    v[<x>?i D_  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Y#t9DhzFWo  
    (M2hK[  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 9e*o$)j_  
    FnPn#Cv>*  
    a. 打开参数优化 w `nm}4M  
    dczq,evp  
    z"c,TlVN3  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 RT. %\)))  
    \iRmGvT  
    图2
    !l-Q.=yw  
    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： cE^Ljk  
    P0/Ctke;  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） MCAWn H  
    -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。 +bGO"*  
     &`IJ55Z-)  
    &u!MI  
    图3
    rI OKCL?  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 >a;LBQ0  
    V-(*{/^"  
    图4
     (l-l Y  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 '=`af>Nc  
    wBJ|%mc3TA  
    图5 y>X(GF^  
    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： +|--}iE5n  
    P(UY}oU  
    图6
    Q?bCQZ{-Lh  
    4.总结 B7wzF"  
    dZY|6  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 8,IQ6Or|-2  
    Ob/i_  
    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。 +K s3  
    IF  cre  
    {"2Hv;x  
    QQ：2987619807     <TTBIXV  
     
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