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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
    R*vfp?x  
    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。 =G rg  
    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^bc2:  
    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。     j8t_-sU9 i  
    `3UvKqe  
    1. 建模任务 3ZYrNul"  
     ljh,%#95=  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ -]Oi/i,{  
    -r{]9v2j  
    Sa6YqOel@  
    2. 方法 6 )Qe*S  
     3\P/4GK)  
    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： /Dk`?  
    )q%DRLD'G  
     O<0-`=W,a  
    %vrUk;<35  
    16N`xw+{  
    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。 OgyHX>}bH  
    JG'&anbm  
    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。 -.vNb!=  
     4+0:(=>[%  
    ZpU4"x>  
    \88 IFE  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 `XbV*{7  
    EPeV1$  
    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。 Y{m1\s/o  
    sVIw'W  
    1) 评估最大模式阶数 *wz62p  
    wQ9fPOm  
    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： `ve5>aw0_Y  
    ob=IaZ@?  
    9uY$@7qH  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 , @6_sl  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 _&F*4t!n_  
    p \,PY  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 mv9@Az9  
     WAh{*$Rpl  
    ljj}X JQ  
    uTUkRqtD!  
    ).>O6A4:C  
    2）设置多模高斯光源 +p)kemJ~  
    km!jxs  
     R&s\h"=*  
    ;z^C\=om  
    KZTT2KsYl  
    3) 设置优化函数 >PiEu->P,  
    :mz6*0qW  
    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)。 QW}N,j$  
    cH\.-5NQ  
    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。 =wX(a  
     mE_?E&T`|  
    *.NVc  
    62%=%XD  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 /=ro$@  
    o8ADAU"  
    "EC,#$e%ev  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ,Tc598D  
    FOd)zU*L2  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 !BW6l)=L  
    go$zi5{h#  
    a. 打开参数优化 *4F6U  
    2p|[yZ  
    JN-wToOF  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 |\/Y<_)JD  
     h48 jKL(  
    图2
    8!{F6DG  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： x0_$,Tz@  
    pElAY3  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） F&x9.  
    -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。 WfE,U=e*  
     8yV?l7  
    %JC-%TRWK  
    图3
    WrNm:N  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 }_L,Xg:I  
    h*9s^`9)  
    图4
    U6@ j=|q  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 N v,Yikf  
    y0D="2)  
    图5 0W I3m2i  
    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： 2-*zevPiG=  
    )a%kAUNj  
    图6
    8Yq_6  
    4.总结 Cj x(Z]  
    0]3#3TH  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 4 u!)QG  
    Hjm  
    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。 fQ[ GN}k  
     MjW g  
     
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