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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
    E P3Vz8^  
    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。 nh XVc((  
    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。 px${ "K<  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     i0}f@pCB?X  
    ~a$h\F'6  
    1. 建模任务 *Jwx,wF}4  
     -UB XWl  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ { )g $  
    3xIelTf*  
    %6.WGuO  
    2. 方法 7Is:hx|:  
     \s?8}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： rP{Jep!  
    [s{ B vn  
     kqkTz_r|H  
    c/DK31K  
    emSky-{$u  
    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。 gNHS:k\"  
    b#nI#!p'  
    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。 pC~ M5(F_  
     ^UCH+C yl  
    s_;o1 K0  
    Xj9\:M-  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 [H[L};%=j  
    [XE\2Qa8e  
    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。 $35C1"  
    1/f{1k  
    1) 评估最大模式阶数 ,njlKkFw^Z  
    >[2;  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： A?bqDy  
    ZsNZ3;d@u(  
    t"s$YB>}  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 UgL FU#  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 pZcY[a  
    Zg%tN#6y  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ?9;CC]D  
     uUiS:Tp]  
    '%X29B5  
    P;`Awp?  
    sW-0G$,|  
    2）设置多模高斯光源 }Y^o("c(  
    I_m3|VCa|t  
     bcq&yL'D  
    OqWm5(u&S  
    : *XAQb0  
    3) 设置优化函数 g< xE}[gF  
    d_,Ql708f  
    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)。 <+-=j  
    78\j  
    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。 Pr:\zI  
     KL6B!B{;  
    m lxtey6H3  
    Fge ["p?GF  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 HSWki';G  
    XzPOqZ`Nv  
    ]>Ym   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ;\v&4+3S  
    #UE}JR3g  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 {P_i5V?  
    H| _@9V  
    a. 打开参数优化 vV xw*\`<6  
    twu,yC!  
    -u(,*9]cJ*  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 DZ @B9<Zz{  
    D>8p: ^3g  
    图2
    P-a8S*RRa  
    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： i\_LLXc  
    s= ]NKJaQH  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） "F}dZ  
    -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。 R[14scV  
     +;\w'dBi,  
    |{Ex)hkw  
    图3
    oNIYO*[  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 8Ji`wnkXe  
    (5@H<c^6  
    图4
    &l0K~7)b  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 cxQAp  
    O\ _ro.  
    图5 }AA">FF'y4  
    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}KGZSj  
    z"T+J?V/  
    图6
    O PzudO  
    4.总结 mI5J] hk  
    \i/HHP[%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 4BUG\~eI3  
    2 F>Y{3&  
    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。 HHZw-/ s,%  
     4b[bj").A  
     
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