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    [技术]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: 2023-05-22
    :se o0w]  
    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。 <YP>c  
    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。 p\wE})mu  
    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。     8xs[{?|:  
    W^i ct,t  
    1. 建模任务 %'nM!7w@I  
     iE, I\TY[  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？  H`G[QC  
    F``$}]9KHD  
    ~z$vF  
    2. 方法 {O*WLZ{0  
     %kS+n_*  
    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： YQvN;W  
    y5 $h  
     ykH?;Xu  
    X#j-Ld{j  
    sWP5=t(i+9  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 n$g g$<  
    !5wm9I!5^  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 K4YpE}]u  
     2--"@@  
    ya0L8`q  
    %|}obiV)  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 R"EX$Zj^E  
    .8S6;xnkC  
    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。 t&T0E.kh*X  
    +VkhM;'"C  
    1) 评估最大模式阶数 m{  .'55  
    -@X?~4Idz  
    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： , \ |S BS  
     d!5C$C/x  
    L}*:,&Y/  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 5:6as^i:b  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ml<X92Y  
    Lg0Vn&k  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 LFvKF.  
     oMawIND a  
    \ce (/I   
    :p0|4g  
    zV_U/]y  
    2）设置多模高斯光源 T&c0j(  
    4HQP,  
     ?Y7'OlO  
    5@ecZ2`)+h  
    zZ &L#  
    3) 设置优化函数 OvqCuX  
    6ziiV _p  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 REUWK#>  
    WeNx9+2=Z  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 i_Dv+^&zV  
     r|wB& PGW  
    Ca?5bCI,  
    wegu1Ny  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2A7g}V  
    >Ig%|4Hw  
    _xT=AF9~o  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） dznHR6x  
    47>IT  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 DG,CL8bv  
    -\6nT'P  
    a. 打开参数优化 \g< 9_  
    {U1 j@pKm  
    9v>BP`Mg  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 @FVan  
    px;5X4U  
    图2
    '2mR;APz  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： B?`n@/  
    W`_pjld  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） qI;"yG-x-  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 qu- !XC0p  
     )';Rb$<Qn  
    iU3)4(R  
    图3
    Seh[".l  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 g /D@/AU1u  
     $0>>Z  
    图4
    "S#4  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 os6p1"_\f  
    R|aA6} /I  
    图5 :U)>um34e  
    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： vFz%#zk>  
    zK`fX  
    图6
    Gh}k9-L  
    4.总结 w:xLg.Eq6  
    pwo5Ij,~q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 i(R&Q;{E^  
    9l) .L L  
    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。 *#+e_)d  
     \pI)tnu6'U  
     
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