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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 正序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    P6u9Ngay  
    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。 qg7.E+  
    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。 4c_TrNwP  
    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。     9y{[@KG  
    Q })x4  
    1. 建模任务 }%c2u/PQ  
     MCZTeYnx  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ %YkJ A:  
    FIL?nkYEO  
    GbUw:I  
    2. 方法 umaF}}-Q{  
     Nj$3Ig"l  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： jVC`38|  
    Dt%G v0  
     VUpa^R  
    _PLY<i2vr  
    [CL.Xil=  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ]v(8i3P84  
    48hu=,)81*  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 pM],-7UM  
     [fx1H~T<  
    L.ScC  
    3=5K7 F  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 5\gL+ qM0  
    Yz(k4K L  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ~P8 6=Vw  
    jd8`D6|Z  
    1) 评估最大模式阶数 {; #u~e(W  
    !~Gx@Ro  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ;\ ^'}S|3Z  
    7#d>a=$h  
    TUHm.!+a  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *`2.WF@E)  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 BmR++?L  
    &|yQwNA*a"  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3 <}\{jT  
     O<7Q>m  
    QZ?#ixvJ  
    2;Vss<hR4A  
    l r80RL'_  
    2）设置多模高斯光源 /kV3[Rw+  
    x\PZ.o  
     JjA3G`m=  
    mApn[)?tv  
    Y-!~x0-H  
    3) 设置优化函数 7k,pUC-w7c  
    aF*KY<w  
    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)。 t/55tL  
    e_RLKFv7  
    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。 8(-V pU  
     DJ_[{WAV  
    Yc~(W ue  
    %Ms"LoK  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 PLD&/SgP*  
    Y-2IAJHS8  
    mzw`{Oy>L  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） r-^FM~Jp  
    { 0\Ez}  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 eTg8I/ )%B  
    di.yh3N$  
    a. 打开参数优化 o>|&k]W/  
    a ?D]]0%  
    I=aoP}_  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 &T.d"i  
    f( M$m,d  
    图2
    |Gp!#D0b  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 6HroKu  
    k+9*7y8w  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ->Z9j(JU  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 \c ')9g@  
     MzEeDN  
    F}1h  
    图3
    LZ#=Ks  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ;R5@]Hg6q  
    EdL2t``  
    图4
    DWv(|gO  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 1G}f83yR  
    0Q7teXRM  
    图5 7eNLs  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： F u>  
    su$IXI#R-&  
    图6
    6ZO6 O=KD  
    4.总结 1JQ5bB"  
    BiY-u/bH9a  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }b5omHUE%  
    GLO%>&  
    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。 Fqt,VED  
     oACbZ#/@n  
     
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