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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
    ml.;wB|  
    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。 :X1cA3c!  
    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。 g&+Y{*Gp  
    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。     dA1 C)gLi  
    a-5HIY5  
    1. 建模任务 .L7Yf+yFg  
     bugFl>  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ qX{X4b$  
    'DzBp  
    ^'&iYV  
    2. 方法 yYToiW *  
     )ojx_3j8  
    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： J4G> E.8  
    DVl[t8K!  
     3X$Q,  
    qA/#IUi)1  
    >H}jR[H'  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 I{42'9  
    5'X74`  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 /z1p/RiX  
     lC=N:=Mu  
    W""*hJ  
    {b'}:aMc  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 EK?@Z.q+  
    RQ^m6)BTo  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 _k_>aG23  
    )C>}"#J>  
    1) 评估最大模式阶数 > 'aG /(  
    =Y &9 qt  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： x*me'?q  
    m!5HRjOO  
    cX %:  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 &@YFje6Lcm  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 eQU-&-wt0  
    -,QKTxwo>  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 =6cyE  
     _BG8/"h32  
    x0\e<x9s  
    (;0$i?3\  
    }+Rgx@XZ\  
    2）设置多模高斯光源 |*^8~u3J"  
    ?}'N_n ys  
     7 9Qc`3a  
    Nfv="t9e  
    {ExII<=6  
    3) 设置优化函数 t_jyyHxoZ:  
    +"cRhVR  
    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)。 O87"[c`>  
    s0cs'Rg  
    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。 59{;VY81  
     PXw| L  
    XkPv*%Er8  
    1.'(nKoq  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 rO/a,vV  
    -#LjI.  
    gtD   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） iv:,fkwG  
    9p <:=T  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 NWEhAj<w  
    7\IL  
    a. 打开参数优化 u`'ki7LA  
    .#*D!;f  
    HSNOL  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 JOBz{;:R{  
    m8'@UzB  
    图2
    C<_ Urnmn  
    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： JXH",""bq  
    -Q6(+(7_|  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） (tepmcf  
    -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。 N83!C=X'  
     .iFViVZC  
    *kP;{Cb`  
    图3
    O?CdAnhQc`  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 swt tp`  
    hM?`x(P  
    图4
    o`idg[l.  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 F8;mYuA  
    2Kjrw;  
    图5 aX|g S\zx  
    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： C1b*v&1{  
    xcst<=  
    图6
    \.o=icOx  
    4.总结 wb b*nL|P  
    Z a! gbt  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 6Lb{r4^  
    tww=~!  
    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。 4sTMgBzw  
     {@3z\wMK$  
     
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