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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） *zL}&RUKM  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 W= qVc  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ;^I*J:]  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 spPNr  
    5m(^W[u `  
    摘要 //<nr\oP  
     H_X [t*2  
    iBgx  
    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。 I\[_9  
    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。 ]cMqahaY  
    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。     2!J&+r  
    D"?fn<2  
    1. 建模任务 4X |(5q?  
     o-OHjFfB  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ wN-d'-z/rd  
    |NC*7/}  
    mFaZio0GK  
    2. 方法 QKN+>X  
     sCk?  
    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： c>Xs&_  
    1\>^m  
     AKyUfAj3  
    UsQ+`\|  
    >X4u]>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。 Midy"  
    ?Yk.$90  
    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。 [knN:{ l  
     `FTy+8mw  
    DLMM/WJg@  
    lP@Ki5  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ?!cvf{a  
    QPg8;O  
    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。 _i|t Y4L  
    E!l!OtFL  
    1) 评估最大模式阶数 I3mGo  
    d>fkA0G/9!  
    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： A '5,LfTu  
    | >27 B  
    4^~(Mh-Mw  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 p@5`& Em,  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 IS 2^g>T#1  
    -~30)J=e`  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `A^"% @j  
     r )~ T@'y  
    V7P&%oz{C  
    ;1.,Sn+zO  
    }O^zl#  
    2）设置多模高斯光源 }w<7.I  
    ()+ <)hg}2  
     ,Pjew%  
    3#&7-o  
    }\#Rot>Y  
    3) 设置优化函数 4V COKx  
    (Cd\G=PK  
    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)。 ]0)|7TV*  
    VG5+CU  
    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。 a]/>ra5{  
     ]<pjXVRt"  
    0F|AA"mMT  
    2.zsCu4lj.  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 TXk?#G\o  
    4 G-wd  
    d%,eZXg'  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 9Hu/u=vB<  
    jeX^}]x|%  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 }mdAM6  
    ); dT_  
    a. 打开参数优化 i Ae<&Ms  
    {v2|g  
    ?zVL;gVWA  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ?yR&/a  
    ?)X,0P'  
    图2
    3G~@H>j  
    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： M9@ri^x  
    ;b(p=\i  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） K7W6ZH9;  
    -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。 *2Ht &  
     rJ{O(n]j  
    ,o,I5>`  
    图3
    <-S%kA8  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 uYil ?H{kH  
    Pgus42f%  
    图4
    EC8b=B<DE  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 y2vUthRwo  
    <l9-;2L4  
    图5 ;Uu(zhbj  
    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： "D=P8X&vs  
    {0^&SI"5`E  
    图6
    3?Pn6J{O  
    4.总结 !0C^TCuG  
    /&{$ pM|?  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 aj,T)oDbt6  
    e `,ds~  
    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。 (tGY%oT"  
    .h5[Q/*h  
    QQ：2987619807     <_Q:'cx'  
     
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