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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
    qP##C&+#q  
    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。 ONy\/lu|  
    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。 U@n5:d=  
    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。     HJym|G>%?  
    ]SPuNBsy)  
    1. 建模任务 f/IQ2yT-:D  
     UHU ,zgM  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ N'aq4okoL  
    :& :P4Y1 E  
    `"yxmo*0  
    2. 方法 3^fwDt}  
     pYr+n9)^  
    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： r%ebC   
    d8+@K&z|  
     xJU]py~o  
    Vky]In=  
    2]5Li/   
    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。 6J}Yr5oD  
    =&9c5"V&  
    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。 Sf.OBU1rs  
     KfZb=v;-l  
    R4JfH  
    Wwg<- 9wAJ  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 PeqW+Q.  
    >G%oWRk  
    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。 v'Ehr**]+  
    2QAP$f0Ln  
    1) 评估最大模式阶数 &k)v/  
    J` gG`?  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： xDH#K0-#L  
    _`^AgRE  
    'kY/=*=Q  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 i4h`jFS  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 =jS$piw.  
    |j9aTv[`  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 -mh"["L"  
     xL i3|^q  
    5p:BHw;%;  
    EQd<!)HZ  
    19y,O0# _  
    2）设置多模高斯光源 8Q)|8xpYS  
    `aG _m/7|  
     cqJXZ.X C  
    /J/V1dC}]D  
    1j op;{,^  
    3) 设置优化函数 [XDV-6KCE.  
    \-[bU6\A\  
    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)。 YaC[S^p  
    _(8#  
    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。 b)e;Q5Z(.  
     t^zE^:06  
    W SxoGly  
    L*,h=#x(  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Z}\,rex  
    kV T |(Y  
    Y*\h?p[,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #Y=b7|l  
     +PADy8  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 3BD&;.<r  
    8M,@Mb n  
    a. 打开参数优化 PLz+%L;{  
    T|D^kL%m!  
    +75"Q:I  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 /!?Tv8TPp  
    js Z"T  
    图2
    aQ\SV0PI  
    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： :Rv+Bm  
    $MwBt  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） mTWd+mx  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 \aM-m:J  
     !z4I-a  
    _D?/$D7u#%  
    图3
    lZ[J1:%  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ~?fl8RF\  
    )uo".n|n~B  
    图4
    ^9LoxU-  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 e Ru5/y~  
    7#G!es  
    图5 glU9A39qx?  
    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： \$DBtq5=  
    /j$pV  
    图6
    =P9rOK=  
    4.总结 O-W[^r2e  
    ocK4Nxs  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 LiQH!yHW  
    u t4:LHF  
    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。 $!9/s S?  
     Te?PYV-  
     
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