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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） 2k=# om19  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 t<#h$}=:Vt  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 55z]&5N  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 [UH||qW  
    F]<Xv"  
    摘要 EVGt 5z  
     AB4(+S*LA  
    d QqK^#  
    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。 &G-!qxe  
    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。 pej|!oX  
    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。     :2ED jW  
    R~PA 1wDZ  
    1. 建模任务 =|Y,+/R?  
     dUhY\v oQ  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ u?}(P_9  
    nR-YrR*k  
    yPal<c  
    2. 方法 1]p ZrBh"E  
     aJ>65RJ^=  
    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： jEZMUqGY!  
    GaK-t*Q  
     N(Tz%o4  
    Rx}$0c0  
    ;'cN<x)% |  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 9J2NH|]c  
    o{y9r{~A  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 V)[@98T_4?  
     0E3[N:s  
    vwxXgk  
    ci?qT,&  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 md"!33 @  
    a m|F?|1  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 JPoN&BTCj  
    SMpH._VFeE  
    1) 评估最大模式阶数 v]B3m  
    A\HxDIU  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： F9,DrB,B{  
    &B6Ep6QS  
    (KDD e}f  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 iT2B'QI=<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 8@MV%MVy$  
    Utnr5^].2O  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 o!kbK#k  
     m}7iTDJR9  
    *%%g{ 3$  
    ^\4h<M  
    6\g cFfo  
    2）设置多模高斯光源 ;V*l.gr'2  
    Ab{ K<:l  
     PoG-Rqe  
    w9< R#y[A  
    Uq^#riq  
    3) 设置优化函数 Y^$X*U/q%U  
    %C| n9*  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ;DFSzbF`  
    j+$rj  
    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。 r]:(Vk]|F  
     &,{fw@#)_  
    fF7bBE)L/|  
    m qMHL2~  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 bk;?9%TW  
    tX_R_]v3  
    Azl&mu  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ' aq!^!z  
    }dgfqq  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 |$8~?7Jv  
    gG<~-8uQ  
    a. 打开参数优化 J^SdH&%Z  
    p<2L.\6"  
    itBwCIjG  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 hT`J1nNt  
    v+46 QK|I&  
    图2
    ;z}i-cNae  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： u0|8Tgf  
    MQ 5R O;RY  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） mF*2#]%dx  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。  HN=V"a  
     m$}R%  
    e:fy#,HEj{  
    图3
    We$:&K0  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 EofymAi%  
    =,spvy'"*C  
    图4
    /uPcXq:L~  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :61Tun  
    ($au:'kU  
    图5 JEXy%hl  
    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： 1+szG1U=  
    \?[v{WP)  
    图6
    {C=NUK%?  
    4.总结 4>F'oqFF  
    xST8|H  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 C7lH]`W|/  
    <"{qk2LS1  
    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。 K1mPr^3rC  
    0b+Wc43}K  
    QQ：2987619807     & ?h#Z!  
     
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