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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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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    LB U]^t@ M  
    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。 yv]/A<gP+  
    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。 _ jF, k>F  
    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。     EXoT$Wt{$  
    jSpmE  
    1. 建模任务 <5?.S{Z9  
     ,Q2`N{f  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ dk-Y!RfNx  
    8^^Xr  
    FL"7u2rh,  
    2. 方法 B]0`b1t  
     ~S#Le  
    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： gQ/-.1Pz$  
    9xN4\y6F  
     0ir]  
    ~ex1,J*}t  
    7WKb| /#;  
    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。 T" XZ[q  
    fPa FL}&  
    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。 W=%}~ 7*  
     /vBOf;L  
    34&n { xv  
    L+(5`Y  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ~UEft  
    DF P0WXbOE  
    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。 M&:[3u-  
    Mb"i}Yt{  
    1) 评估最大模式阶数 mfg{% .1  
    7[.aAGTZ;  
    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： oj;Rh!O  
    nV@k}IJg:?  
    &X }GJLC3  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 OZB(4{vnyC  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 7GB>m}7  
    U# G0  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Zu,rf9LMj  
     LlrUJ-uC7  
    :Fm;0R@/k  
    {OXKXRCa  
    9l+'V0?`  
    2）设置多模高斯光源 QcU&G*   
    PsjSL8]  
     /YKg.DA|  
    DW\';"  
    1}%vZE2  
    3) 设置优化函数 pIXbr($  
    [ ]}E- V  
    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)。 5RrzRAxq  
     <]2X~+v  
    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。 W]}y:_t4  
     }4Ef31X8q  
    )! Jo7SR  
    @!1o +x  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 z' z_6]5  
    Y`eUWCD  
    2_'{f1bVxz  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ]+@@{?0  
    ANR?An  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 :D|"hJ  
    8eCC =Az:  
    a. 打开参数优化 ]|KOc& y:I  
    qb'4x){  
    F%Oy4*4  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 o EXN$SIs  
    HC_+7O3A  
    图2
    !VBl/ aU@  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： |=&[sC  
    5 Sm9m*/  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） J$Uj@M  
    -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。 Kx==vq%39  
     ~\B1\ G  
    %#kml{I   
    图3
    xn|M]E1)  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 OMgFp|^  
    $o2H#"  
    图4
    m?G@#[ l  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 sl?> X)}  
    A/:^l%y,GZ  
    图5 g-)izPX  
    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： &m<:&h& b  
    `>'%!E9G  
    图6
    ;:nx6wi  
    4.总结 36iDiT_  
    <~s{&cL!%#  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 k;BXt:jDq  
    <vS3 [(  
    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。 E "9`  
     TC[(mf:8  
     
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