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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
    P?#I9y7iP  
    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。 d;4LHQ0yU  
    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。 '^npZa'%sW  
    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。     #cnh ~O  
    ou{}\^DgQ  
    1. 建模任务 KWq&<X5  
     V!{}%;f  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ =T?:b8yV  
    }MCh$  
    >8* 0"Q  
    2. 方法 @(m+B\  
     } xy>uT  
    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： /O^aFIxk  
    ~l^Q~W-+  
     @MoBR.  
    _x2i=SFo*$  
    N4xC Zb  
    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。 6H#4iMeh  
    ki8;:m4  
    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。 Fad.!%[  
     x}tg/` .=z  
    '&;s32']}  
    pz hPEp;  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 lB(E:{6OZ  
    UGb<&)  
    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^[e!m~  
    pnpx`u;  
    1) 评估最大模式阶数 sU=7)*$  
    -r'/PbV0  
    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： $!ATj`}kb  
    Fs3rsig  
    n9w(Z=D\  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +W7#G `>  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 |c)hyw?[Y  
    om1@;u8u  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 v] ?zG&Jh  
     m+a\NXWR?N  
    %@~;PS3kd  
    &<>NP?j}  
    fN!lXPgM  
    2）设置多模高斯光源 k0(_0o  
    yW)&jZb"(  
     K-2oSS56  
    GpZ}xY'|w,  
    }I3m8A  
    3) 设置优化函数 Yf?hl  
    zAkF:^#Y  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。  v[+ ]  
    ]=Dzr<*v  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 i!i=6m.q7  
     B4M rrW4=  
    U^&,xz$Cg  
    7@NV|Idtd  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 <C<z#M'`  
    r^v1_u, 1I  
    r?$ V;Z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Gpf9uj%  
    RA$%3L[A!  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 8n"L4jb(:  
    U0ZPY )7k  
    a. 打开参数优化 L&,&SDr  
    m FgrT  
    ]k# iA9I  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 +/n<]?(T  
    kQw%Wpuq[/  
    图2
    gjL+8Rk  
    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： )_a;xB` S(  
    B(1WI_}~  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Xx+eGV";`  
    -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。 Qv}TUX4  
     )&s9QBo{b  
    \&MJ(F>vJ  
    图3
    ,.z?=]'en  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 X-y3CO:&@h  
    X#<+D1P  
    图4
    ^e{]WH?  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  Eyq4w  
    "8iIOeY-\  
    图5 {` ByZB  
    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： w'6sJ#ba(  
    `>Ms7G9S~e  
    图6
    < #zd]t  
    4.总结 f=IF_|@^S  
    vyvb-oz;u  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 D4O^5?F)|  
    v|R#[vtFd  
    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。 6&;h+;h  
     (_3QZ  
     
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