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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
    ei~f1$zc#h  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 RQ4+EW 1G  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 c7nbHJi  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     DXZZZ[#  
    I/u>Gt  
    1. 建模任务 Kd*=-  
     1/%5pb2\  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ D58RHgY[  
    2I 7|hZ,  
    %q6I-  
    2. 方法 U#{(*)qr  
     JW"n#sR4  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ,o}CBB! k  
    ~.z82m  
     KGmAnN  
    u(8dsg R  
    t+M'05-U2  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ^-F#"i|Cn  
    [kMWsiZ  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 6=S z5MC  
     )5u#'5I>  
    |W}D_2  
    d+"F(R9  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 _>3#dk  
    EA z>`~  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 yh'*eli  
    %CqG/ol  
    1) 评估最大模式阶数 dJ>tM'G  
    {7` 1m!R  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： !Z0S@]C  
    40[@d  
    )~IOsTjI  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @~FJlG(n  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 . HAFKB;  
    /?a9g>G%N  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ,l.+$G  
     [7  t  
    E:[!)UG|y  
    h?vny->uJ  
    9t8ccr  
    2）设置多模高斯光源 7| `_5e  
    Z A}!Rzo  
     O{Q+<fBC9  
    O2xqNQ`d  
    *%%n9T  
    3) 设置优化函数 R _2#7Xs  
    m8INgzVTC  
    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)。 uWi pjxS  
    M0hR]4T  
    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。 -s ^cy+jd  
     E!`/XB/nA  
    }H/94]~tH  
    =6N=5JePB  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 q(BRJ(  
    rddn"~lm1  
    ?"kU+tCxg  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Jg$ NYs.xZ  
    &SPIu,  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ]qx!51S  
    ony;U#^T  
    a. 打开参数优化 D'Uc?2X,&  
    :Ye~I;" 8  
    X>Z83qV5d!  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 M >i *e  
    T0cm+|S  
    图2
    ;zSV~G6-  
    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： kmt+E'^]  
    ^c"\%!w"O  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） N9vNSmm  
    -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。 .5tXwxad"  
     ssmJ?sl  
    (e9hp2m  
    图3
    slLTZ]  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 jU}  
    89W8cJ$yW  
    图4
    T,B%iZgCh  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @[1,i~H  
    3Qp6$m  
    图5 G$~hAZ  
    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： GT3}'`f B  
    [3qJUJM  
    图6
    #t VGqf  
    4.总结 UM'JK#P"  
    [mF=<G"  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }( WUZ^L  
    1M[|9nWUC  
    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。 -CPLgT  
     u@zT~\ h*  
     
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