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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
    <+wbnnK  
    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。 VS{po:]A  
    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。 j~@Hj$APa`  
    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。     zJ2dPp~u  
    <.yL&$9  
    1. 建模任务 #M5R>&?Jqz  
     @ !UuK;  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ r(#]Z   
    d?uN6JH9  
    O4mSr{HCp  
    2. 方法 x8]5> G8(r  
     8I X,q  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： a$r<%a6  
    S?k G|y  
     ~T_4M  
    =I}8-AS~V  
    Pq@%MF]5  
    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。 cn~M: LW23  
    M' d ,TV[  
    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。 XDWR ]  
     0+]ol:i  
    V#Hg+\{d  
    ~F ,mc.  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 YFF\m{#  
    o'8`>rb  
    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。 6!eI=h2P  
    Ob"48{w$  
    1) 评估最大模式阶数 <oc"!c;T  
    t%`GXJb  
    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： Sl?@c/Ng  
    ?=22@Q}g  
    KG! W,tB  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 $Z!$E,@c  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 =68CR[H  
    F"k.1.  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 bh9!OqK9K  
     0KQDw  
    h*2NFL~#  
    z)Is:LhS  
    &ZmHR^Flz  
    2）设置多模高斯光源 Y2)2 tzr]  
    {Gd<+tQg  
     _.ny<r:g  
    ]W-7 U_  
    %SHjJCS3  
    3) 设置优化函数 lBbUA)z6  
    Z uh!{_x;  
    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)。 #fy#G}c  
    UY)e6 Zd  
    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。 YL$#6d  
     Fjc4[ C  
    QL<uQ`>(  
    \sUk71L` j  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 XpFo SW#K  
    -27uh  
    y2>XLELy  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） &_L FV@/  
    LV^V`m0#  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Jj~c&LxrO  
    )<.BN p  
    a. 打开参数优化 qB`-[A9HPe  
    C;u8qVI  
    qMk"i@"  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 m_ |:tU(t  
    7lo`)3mB  
    图2
    (&=<UGY(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： YkPc&&#  
    Ac0^`  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值）  KKfC^g  
    -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。 =`8%qh  
     #hA]r.  
    V! sT2  
    图3
    xHA6  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 RjII(4Et  
    n^svRM]eQ  
    图4
    1@ e22\  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Q\P?[i]  
    :V(+]<  
    图5 pwiXA{  
    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： Hcp)Q76X  
    {HJzhIgCf  
    图6
    :GXD-6}^|  
    4.总结 [r_YQ*+ej  
    x6, #Jp  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 B=>:w%<Ii  
    ^yO+-A2zC  
    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。 i; 8""A  
     y+ZRh?2  
     
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