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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
    _zj^k$ j  
    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。 P(T-2Ux6  
    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。 F^l1WX6  
    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。     "L>'X22ed  
    =, XCjiBeC  
    1. 建模任务 XIcUoKg^  
     HLyA zB~r  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ (\:Rnl  
    zs=3e~o3  
    -2hirA<^  
    2. 方法 -2.7Z`*(  
     XoN~d  
    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： y##h(y  
    Y3 $jNuV  
     QE]'Dc%  
    dGZie .Zx  
    R ]Ev=V'U  
    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。 a>j}@8[J  
    dIC\U  
    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。 ,dRaV</2  
     p]aEC+q  
    o U=vl!\J  
    FC0fe_U(F  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 (.-4Jn  
    $PJ==N  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 cSt)Na~C  
    M5#wz0  
    1) 评估最大模式阶数 9evr!=":  
    ~kW?]/$h  
    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： 217G[YE-  
    "0eX/ rY%  
    R+LKa Z  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *'((_ NZ>  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 tpWGmj fo>  
    &nEL}GM)E  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 aUw-P{zp%  
     OnTe_JML  
    eiK_JPFA-  
    Z6I|Y5#H  
    uj.i(U s  
    2）设置多模高斯光源 v3r3$(Hr  
    @^| [J _4  
     UhH#> 2r_  
    R4p Pt  
    4c5BlD  
    3) 设置优化函数 B4.: 9Od3  
    4aO/^Hl  
    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)。 ;,bgJgK  
    7d;|?R-8D  
    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。 SAP/jD$5]>  
     ^xe+(83S2?  
    K6DN>0sY  
    wm~7`&  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 atyvo0fNd  
    33oW3vS  
    NO!Qo:  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） f~VlCdf+  
    b,'O|s]"Sc  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 d{YvdN9d  
    GLsa]}m,9  
    a. 打开参数优化 SwOW%o  
    !|[rh,e]  
    sF{~7IB  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 S=4o@3%$  
    o=Vs)8W  
    图2
    ! I:N<  
    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： ;wwc;wQ'  
    KlT:&1SB9  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8^>qor.]M  
    -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。 >pF*unC;  
     UF+Qx/4h0  
    g~DuK|+  
    图3
    3^/w`(-{@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 B|m)V9A%-  
    a0|hLqI  
    图4
    wtS*-;W  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 xO|r<R7d7  
    hU$a Z  
    图5 )ce 6~   
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： I[?\ Or  
    w9'>&W8T  
    图6
    j4/[Z'5ny  
    4.总结 p#$/{;yy  
    .~i|kc]Ue  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |Y uf/G%/  
    YY;<y%:8Z  
    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。 Fx^wV^q3  
     ;FqmZjm  
     
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