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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
    i,h)V Cc  
    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。 r@t \a+  
    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。 +B '<0  
    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。     o[aP+O Md  
    $6l^::U  
    1. 建模任务 ).32Im!;#R  
     A(D>Zh6o@  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ j'uzjs[  
    ]."t  
    {i<L<Y(3  
    2. 方法 *b4W+E  
     + Pc2`,pw|  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 2RU/oqmR  
    J4]tT pu"K  
     79z/(T +  
    FrsXLUY  
    'u#c_m! 9  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 v8"Zru  
    XI '.L ~  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 kp-`_sDg  
     X Z=%XB:?  
    WCYVonbg"  
    _<6E>"*m  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 #[&9~za'"m  
    .wO-2h{Q  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 6{w'q&LYcE  
    jA? 7>"|  
    1) 评估最大模式阶数 P\y ZcL  
    1j]vJ4R_\  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： uovSe4q5q  
    s$ kvLy<  
    FMtg7+Q|>  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 t=\ ffpA  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 cpm *m"Nk  
    X"V)oC  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 mT>RQ.  
     ?@^gpVK{  
    Byh!Snoe  
    gL &)l!2Y  
    Jim5Ul  
    2）设置多模高斯光源 t9.| i H  
    EeQ2\'t  
     Uuktq)NU  
    :7*9W|e  
    ,ZZ5A;)  
    3) 设置优化函数 iX6*OEl/Q  
    WQ9VcCY  
    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)。 6H!l>@a7v  
    6n\){dkZ~  
    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。 g'9~T8i& ^  
     \"X_zM  
    yuhY )T  
    JF'<""  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 [M#(su0fv  
    fjMmlp  
    >x]ir  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） (_Th4'(@Y  
    braI MIQ`  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 &srD7v9M8  
    SB:z[kfz|  
    a. 打开参数优化 xg4wtfAbS  
    ./<giTR:p  
    {5 3#Xd  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 &w{z  
    I/zI\PP,  
    图2
    s6DPb_,  
    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： `,Fc271`  
    EvT"+;9/p  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） O' Mma5  
    -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。 [xXV5 JU  
     )"g @"LJ=  
    _`Dz%(c  
    图3
    yQq|!'MKk  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 sfp.>bMj  
    !>WW(n07Ma  
    图4
    )h,}v()qc#  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 L?(m5u~b  
    U%KgLg#  
    图5 aN';_tGvK  
    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： /px`FuJI(  
    @2eH;?uO  
    图6
    ?{~. }Vn  
    4.总结 -h2 1  
    X=VaBy4#  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 BPu>_$C  
    "uBr]N:  
    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。 U8eU[|-8O/  
     7'7o^> !  
     
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