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    [技术]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    #:x4DvDkR  
    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%Pjl^YkV  
    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。 C Wo1.pVw  
    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。     &hIRd,1#  
    S"mcUU}}  
    1. 建模任务 9i5,2~  
     s MN*RKer  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ qGmNz}4D5  
    aA`/E  
    wXjFLg!g?  
    2. 方法 =,!\~`^  
     cXMhq<GkAA  
    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： rx"s!y{!-  
    DciwQcG  
     5qUTMT['T  
    XZNY4/ 25G  
    :q<Z'EnW  
    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。 8N%Bn&   
    }V;+l8  
    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。 Dq@2-Cv  
     c)md  
    sAJ7R(p  
    -tsDMji~V  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8x{B~_~  
     }}<Z,/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。 nnb8Gcr  
    2g9 G{~,@g  
    1) 评估最大模式阶数 q}BzyC=:n  
    3=Ec "  
    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： dUznxZB  
    5Ky#GuC  
    jeyLL<  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ~n')&u{  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 HpEQEIvt  
    D0(xNhmKz  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 t&Os;x?To?  
     R1:k23{  
    %n%xR%|  
    P #F=c34u  
    Zc |/{$>:W  
    2）设置多模高斯光源 Cd79 tu|  
    d%I" /8-J  
     $ N']TN  
    wfvU0]wk}  
    0n~Zz  
    3) 设置优化函数 \k`n[{  
    BG^C9*ZuP  
    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)。 qa(>wR"mT  
    CxhY$%C (L  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 :M{Y,~cP  
     ^ 5VK>  
    Fhz*&JC#  
    E Uar/  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 {wF&+kH3  
    vkS)E0s  
     rdnno  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） a9zw)A  
    {k.MS-q  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Ed0IWPx  
    \7MHaQvS   
    a. 打开参数优化 ^[Ua46/"m  
    dLsn\m>  
    Dlo xrdOY&  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 FEPXuCb  
    fW`&'!  
    图2
    &bqT /H18  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： yq_LW>|Z  
    MC 0TaP  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） f"7M^1)h2%  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 w#JJXXQI  
     @ DZD  
    }~h'FHCC+  
    图3
    o]{uc,  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 N4;7gSc"  
    3'c\;1lhT  
    图4
    7f<EoSK  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Iu~\L0R427  
    B .TB\j  
    图5 /!}'t  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： v{i7h|e  
    .0u/|Yx  
    图6
    E@a3~a  
    4.总结 }7{t^>;D  
    wpA`(+J  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 mD:IO  
    &2-L. Xb  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 <?D[9Mk$  
     Q "oI])r  
     
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