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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
    eXUXoK=T  
    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。 0[ jy  
    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。 a6fMx~  
    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。     IA! ( 'Ks  
    $s$z"<  
    1. 建模任务 IZoa7S&t  
     R6*:Us0\FJ  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 4l560Fb'U  
    Ag^Cb'3X  
    S8^W)XgC;  
    2. 方法 5Jlz$]f  
     Rcfh*"k  
    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： s9?klJg  
    W/OZ}ky}^  
     '/G.^Zl9  
    CQ9B;i`  
    UF3WpA  
    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。 "JT R5;`w  
    (%D*S_m'  
    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。 VD#`1g<  
     C A VqjT7  
    FT!|YJz<K  
    $_%yr ~2  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 dnSjXyjFB  
    3FR'N%+  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 4Bsx[~ u&  
    3~iIo&NZ  
    1) 评估最大模式阶数 <H::{  
    "hdc B 0  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 18jI6$DY  
    >LRt,.hy6  
    Ox#%Dm2  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 S;[9 hI+  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 LS}dt?78`V  
    6lpfk&  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 wM8Gz.9,  
     3iMh)YH5b  
    f$[6]7P  
    L}7c{6!F7  
    X`YAJG  
    2）设置多模高斯光源 dcew`$SJp  
    { AdPC?R`  
     t>:2F,0K9  
    ]-FK6jw  
    pHSq,XP-  
    3) 设置优化函数 }%Dsy2:y  
    q{?Po;\D  
    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)。 Q5b~5a  
    O RAKg.49  
    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。 Lwm2:_\_b  
     N,6(|,m  
    u^&2T(xG i  
    ~vgm; O  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ?~s,O$o  
    #&a-m,Y$sx  
    bq{":[a  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 8DHohhN  
    xrd@GTaI  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ?4vf 2n@  
    xO"fg9a  
    a. 打开参数优化 5RD\XgyN]  
    b.V\E Ok  
    jp?;8rS3  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 o\6A]T=R  
    oVk*G  
    图2
    t4>%<'>e  
    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： %5.aC|^}  
    }#va#Nb(,  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） f6@fi`U ,  
    -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。 GZXBzZ}  
     szW_cjS  
    Jv(9w[  
    图3
    *;b.x"  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 @=4K%SCw  
    IO3`/R-  
    图4
    /;>U0~K  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 g$+u;ER5  
    6apK]PT  
    图5 xdw"JS}  
    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| r6"~i  
    2 |lm'Hf  
    图6
    qOOF]L9r%u  
    4.总结 c 4Q{  
    T 1'8<pJ^  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {v{qPYNyh  
    ]XX9.Xh=-  
    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。 V}<Hx3!  
      =d07c  
     
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