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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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    光券
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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    "u4x#7n|  
    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。 @ewi96  
    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。 T-ST M"~%  
    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。     x+za6e_k"  
    XI[n!)3  
    1. 建模任务 b:~#;$g  
     K n1;=k  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ f&^"[S"\f  
    ({C[RsY=6  
    ?yj g\S?L  
    2. 方法 ohx$;j  
     @J 5TDq @  
    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： U _A'/p^D  
    xSM1b5=Pu  
     ge?or]T1S  
    *tRsm"}  
    \MmOI<Hd-  
    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。 286reeN/e  
    EZ"i0u  
    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。 [QQM/?  
     /*BU5  
    11#b%dT  
    TW(X#T@Z6I  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 wzxV)1jT  
    S _U |w9q  
    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。 G}l9 [lE  
    6QT&{|q=  
    1) 评估最大模式阶数 Cc{{9Ud  
    wN%lc3[/z2  
    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： -R]~kGa6m<  
    H? z~V-8  
    FCwE/ 2,  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 k= 9+"4:  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 WFk%nO/  
    ^J hs/HV  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 /8l@n dZf  
     QP50.P5g  
    T _UJ?W  
    (j@c946z""  
    JCBX?rM/  
    2）设置多模高斯光源 v%2Dz  
    e&T-GL  
     uZ3do|um  
    @VIY=qh  
     03zt^<  
    3) 设置优化函数 ??.aLeF&  
    |X XO0  
    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)。 rloxM~7!,)  
    Srmr`[i  
    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。 . IY@Q  
     ,66(*\xT  
    i={4rZOD^  
    (91ts$jH  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 NV(jp'i~  
    C|IHRw`[  
    K2n#;fY %  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） kjsj~jwvv  
    \P":V  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 mM?,e7Xhs  
    `5Z'8^  
    a. 打开参数优化 *3={s"a.(  
    cc`u{F9  
    W vu 1?  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 @f|~$$k=  
    ( [a$Z2m  
    图2
    q&?hwX Z7  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： T@P~A)>yo  
    ) ] Ro  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） s.;'-oA  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 :~W(#T,$E  
     #Q["[}flVv  
    N\.g+ W  
    图3
    ? -3G5yy  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 qHyOaK Md  
    #l-zY}&  
    图4
    E'mT%@M OM  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 "x;FE<I  
    bk=;=K  
    图5 SQU@JKi; g  
    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： 1uKIO{d @  
    5$> buYF  
    图6
    Dt7z<1-)l  
    4.总结 FcZ)^RQ4G  
    seAEv0YWz  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ) d'H&c3  
    FxK!h.C.  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 />:$"+gKo  
     4 )}>dxv  
     
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