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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
    rbI 7 3'  
    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。 'k/:3?R  
    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。 :]9CdkaU  
    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。     LKYcE;n  
    WMnxN34  
    1. 建模任务 CRu {Ie5B  
     {}"a_L&[;  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ afd.v$63  
    EXti  
    +.McC$!s  
    2. 方法 vCn\_Nu;W&  
     a"phwCc"%  
    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： Fz2C XC  
    #Ht;5p>5  
     K9) |b`E=  
    qEM,~:lTn  
    B]:?4Ov  
    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。 =1zRm >m  
    :"`1}Q  
    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。 q>[}JtXK  
     9b)'vr*Hy7  
    D;6C2>U~L  
    N'YQ6U  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 n,Q^M$mS0  
    %FLe@.Ep{D  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 fhmBKeFdV  
    xmHW,#%ui\  
    1) 评估最大模式阶数 Pa"[&{:  
    K[i&!Z&  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： BQ(sjJ$v6F  
    ';I(#J6  
    Vs(D(d,  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 rmPJid[8B~  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 mX G W+  
    F **/T  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `Db%:l^e  
     U,Th-oU  
    1HUe8m[#3  
    n1rJ^q-G  
    Og?P5&C"9D  
    2）设置多模高斯光源 $"fO/8Ex  
    L6J.^tpO  
     U|v@v@IBA  
    D'Uv7Mis  
    ;upYam"  
    3) 设置优化函数 q m"AatA  
    I|_U|H!`  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。  ,<U  
    @[~j|YH}  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 >z k6{kC  
     % E 8s>D  
    eNr2-R  
    ]wEFm;N  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 3#Xv))w1  
    _cd=PZhI  
    LNM#\fb  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Y 9@ 2d  
    q6eD{/4a1  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 wQ '_, d  
    Z=^~]Mfa  
    a. 打开参数优化 LNF|mS\+D  
    lD,;xuQ  
    7kmd.<  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 gFr-P!3  
    B4w/cIj_  
    图2
    -8z@FLUK-  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： PF0AU T  
    sNsWz.DLT#  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） D}nIF7r2N  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 h4=7{0[  
     4*?i!<N9  
    'nfdOX.d  
    图3
    4td9=dNA+l  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 j9*5Kj  
    SlD7 \X&~  
    图4
    AIt;~x  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 !0Eo9bU%@  
    %( #kJZ  
    图5 isor%R!  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： (`&E^t  
    [wM]w  
    图6
    ;bkvdn}  
    4.总结 lj@ ibA]  
    d1u6*&@lf  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 =S|dzgS/  
    cR!Mn$m  
    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。 |[MtUWEW  
     ~) vz`bD1  
     
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