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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） #G .ulX  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 }]e-{C}  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 V E#Wb7  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 rk&IlAE  
    Mxe}B'  
    摘要 j:<n+:H C  
     QU4h8}$  
    8hXl%{6d3  
    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。 Fa?~0H/DL  
    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。 :S.9eFfa  
    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。     'r4/e-`pK  
    3) 8QS  
    1. 建模任务 vBRQp&YwX  
     R,gR;Aarw  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ K:!"+q  
    0Z~p%C<LW  
    AZ0;3<FfLp  
    2. 方法 MTsM]o  
     >go,K{cK6  
    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： <nE>XAI_7  
    ?/BqD;{?I  
     D'7SAFOM  
    %4ePc-  
    p rYs $j  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 U@g4w!$r  
    Jzj1w}?H  
    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。 YX=a#%vrl  
     t5[ #x4 p  
    _hN\10ydY  
    <<@bl@9'  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 yXz*5W_0D  
    p qfUW+>  
    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。 Ewu O&q  
    MJOz.=CbhR  
    1) 评估最大模式阶数 IT(lF  
    /~}}"zx&  
    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： (mgS"zPS  
    >Nvjl~o5  
    J]v%q,"  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 NYE` Kin-  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 {/"2Vk<H8  
    (0j}-iaQEZ  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 TFH\K{DM  
      9XP o3;  
    xGu r  
    0TCBQ~"  
    K#EvFs`s;  
    2）设置多模高斯光源 9  TvV=  
    eb.O#Y  
     t\Nq R  
    DBPRGQ  
    m6TNBX  
    3) 设置优化函数 G"\`r* O  
    %C$% !C  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 `4(e  
    U F?H>Y&  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 !u_Y7i3^  
     "{tg8-a4)  
    0*rQ3Z  
    [<-  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 /`f^Y>4gD  
    !_`&Wks  
    2Or'c`|  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） |zR8rqBX;  
    {XNREjhm  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 fBalTk;G{U  
    p<zSJLN  
    a. 打开参数优化 Qy.w=80kf  
    L[^9E'L$  
    /e7O$L)   
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 iMIlZ  
    Qj,]N@7  
    图2
    nN*w~f"  
    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： lL{ 5SH<Q  
    y=`2\L" O  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） m1),;RsH  
    -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。 ]F;f`o  
     Q7R~{5r>W  
    fJ/e(t  
    图3
    Q,p}:e  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 '`eO\huf  
    0/!dUWdKH  
    图4
    oX0D  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ]3VI|f$$  
    7bk%mQk  
    图5 }D7I3]2>   
    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： ? %`@ub$  
    )Z(TCJ~~!  
    图6
    nyBJb(5"B  
    4.总结 &Rx{.9  
    'f[T&o&L/  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 q0$ !y!~  
    an|x$e7|?  
    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。 T'4z=Z]w  
    Hj:r[/  
    QQ：2987619807     1jy9lP=  
     
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