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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
    Vrp[r *V@E  
    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。 2]WE({P  
    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。 @i%YNI5*  
    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。     8;"*6vHZ  
    '2nqHX D  
    1. 建模任务 _*6v|Ed?  
     11UB4CA  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ h(' )"  
    9uYyfb: ,z  
    B0Xl+JIR#  
    2. 方法 Wa'sZ#  
     ,)fkr]`<  
    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： Ee2c5C!|C  
    K@:m/Z}|4  
     <J{'o`{  
    (@sp/:`6  
    5VE2@Fn}  
    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。 aT!;{+  
    6Bt=^~d  
    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。 |$+5@+Zz  
     xWX*tJ4  
    C)RBkcb  
    ,FQK;BU!lh  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 -kj< 1~YW  
    W/+K9S25  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 Mz=!w]qDH  
    `a]44es9q  
    1) 评估最大模式阶数 V H^AcO  
    xN"Z1n7t  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： C+V* Fh3  
    !<\Br  
    0GXO&rCG  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 qE7R4>5xjO  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 x"4%(xBu  
    Iy7pt~DJ,  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 MXvXVhCU  
     'r} fZ  
    \h{r;#g  
    bKbp?-]  
    vS?odqi#n  
    2）设置多模高斯光源 cu7(.  
    } :?.>#  
     ! . HnGb+  
    ?Dsm~bkX[  
    KFWJ}pNq  
    3) 设置优化函数 4Yjx{5QSAG  
    N2,D:m\  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 =U-r*sGLN  
    eiMH['X5  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 {rH9grb  
     EeQ5vqU  
    f-RK,#^?,  
    Q9?t[ir  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 4dh+  
    w!3>N"em  
    cPF<D$B  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 5\4g>5PD  
    :`,3h%  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 2y GOzc  
    lC?Icn|o  
    a. 打开参数优化 \FzM4-  
    a}nbo4jK  
    X" R<J#4  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 +5p{5 q(o  
    : mGAt[Cc  
    图2
    _D!g4"  
    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： )ZR+lX }  
    ^>$P)=O:v  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） I=Zx"'Um  
    -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。 M:SO2Czz  
     VM=+afY5M  
    #;tT8[Ewuw  
    图3
    QB{rVI>mI!  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 x^=M6;:  
    M#jN-ix  
    图4
    m~l F`?  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pxINw>\Qv  
    \x\ 5D^Vc  
    图5 f"5g>[ 1  
    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： wsfd8T4  
    4&^9Wklj  
    图6
    TYgQJW?  
    4.总结 [IBQvL  
    !fkep=  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 \' li  
    ! T9]/H?  
    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。 [w \?j,  
     3tS~:6-/  
     
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