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    [技术]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    在线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    = Je>`{J  
    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。 zbw7U'jk  
    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。 7D"%%|: h  
    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。     S^RUw  
    _68BP)nz>.  
    1. 建模任务 -=$2p0" R  
     !jX4`/n2  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 'aJgLws*w  
    PY\PUMF>  
    -Q e~)7  
    2. 方法 tgFJZA  
     e&Y0}oY  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： jdRq6U^  
    ,#u\l>&$  
     q?{}3 dPC  
    %(m ])  
    JXQPT  
    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。 )-P!Ae_.v  
    Bl.u=I:Y4  
    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。 U)jUq_LX  
     *3{J#Q6fk3  
    +`en{$%%  
    0Vv9BL{  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ~2 }Pl)  
    N$aZ== $5  
    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。 R|,7d:k  
    $`Nd?\$  
    1) 评估最大模式阶数 =Z0t :{  
    /"AvOh*  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： #Fd W/y5  
    ^tAO_~4  
    _."E%|5  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 I=dGq;Jaz  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ))#'4  
    QEJGnl676  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 4KpL>'Q=  
     y0q#R.TOm  
    QX0 Y>&$ )  
    O&?.&h  
    =G>(~+EA  
    2）设置多模高斯光源 *K!++k!Ixa  
    ~uaP$*B[  
     cy3ww})  
    D&{ *AH%Q  
    tB6k|cPC  
    3) 设置优化函数 %]4-{%v  
    3{J.xWB@:  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 Pn WD}'0V  
    D[Iq n  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Vu]h4S:  
     +$pJ5+v  
    YB!!/ SX4  
    ia{kab|_5  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 :$H!@n*/R  
    `F1dyf!p<  
    "~$$  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） T0 |H9>M  
    uEd,rEB>  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 xPQL?.  
    zXre~b03ZS  
    a. 打开参数优化 s44iEh=V(I  
    j7/(sf  
    TbNGgjT  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 'h *Zc}Q:  
    b7$}JCn  
    图2
    0'yyfz  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 1L[S*X  
    tV`&- H  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） RO oE%%8I  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 hZuYdV{'h  
     %W;u}`  
    h([0,:\  
    图3
    :C%47qv  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 I'IB_YRL4  
    7%CIt?Z%  
    图4
    zqGYOm$r  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 oh&Y< d0  
    <o@)SD~K  
    图5 X <xqT  
    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： *Mi6  
    |R~;&x:  
    图6
    *Q/E~4AW|t  
    4.总结 lIq~~cv)  
    r<(kLpOH%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 <nA3Sd"QfV  
    q3\!$IM.  
    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。 M[,^KJ!  
     f[@#7,2~M  
     
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