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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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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    5 PJhEB  
    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。 i)#dWFDTv  
    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。 itP,\k7>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。     gPO}d  
    Rsk4L0  
    1. 建模任务 @n /nH?L  
     :\c ^*K(9  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ]:-mbgW  
    o#Dk& cH  
    "Gzz4D  
    2. 方法 +GN(Ug'R  
     E CuH%b^,  
    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： Y\P8 v  
    AeM^73t  
     |aS.a&vwR  
    9;u@q%;!k  
    xm~`7~nFR  
    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。 3jU&zw9  
    bsli0FJSh'  
    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。 s!zx} 5  
     '<)n8{3Q5w  
    ;ef}}K  
    my1@41 H  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 r Z$O?K  
    I$G['` XX/  
    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。 q YQl,w  
    f'RX6$}\1X  
    1) 评估最大模式阶数 J*A,o~U|  
    %aCqi(.7  
    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： EME|k{W  
    ebhXak[w  
    Bk c4TO  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 =y*IfG9b  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1  8dA~\a  
    $%d*@ 'c  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 oZgjQM$YP  
     H%td hu\e  
    F/{!tx  
    'H>^2C iM  
    C{rcs'  
    2）设置多模高斯光源 ? OM!+O  
    ;$|nrwhy  
     'IQ0{&EI  
    /{_:{G!Q0  
    hn@08t G  
    3) 设置优化函数 q<|AZ2Ai  
     mq.`X:e  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 CAhXQ7w'Z  
    2%m BK  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 X+9>A.92  
     3nQ`]5.Q w  
    qyTU8Wp  
    ~36!?&eA8  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 {VRf0c  
    {!L~@r  
    ;6$jf:2m  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） va@Lz&sAE%  
    $U WZDD  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 oG\Vxg*  
    _G@GpkSe>  
    a. 打开参数优化 -Q*gW2KmV  
    +r2-S~f3N  
    XRi8Gpg  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ,f>k%_U}  
    g) jYFfGfH  
    图2
    Xx:"4l.w.  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： #X1ND  
    #\OA)`U  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） PJH&  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 g2_"zDiw2  
     #*Ctwl,T  
    VTE .^EK!  
    图3
    +mn[5Y}:  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 zrb}_  
    `|q(h Ow2  
    图4
    kuP(r  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6i/(5 nQ  
    x%B/  
    图5 b \2 ds,  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： .Q 2V}D85  
    'H;*W|:-]  
    图6
    ? =Kduef  
    4.总结 Km$\:Xo  
    @ j/a=4o[  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ?Ir:g=RP*  
    InI$:kJ  
    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。 \9T7A&  
     nu%*'.  
     
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