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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
    4|/=]w  
    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。 :$^cY>o  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 ^+u/Lw&  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     qs3V2lvYw{  
    ,Wlw#1fP  
    1. 建模任务 -m_H]<lWZ  
     wj-z;YCV  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ AI9#\$aGV  
     `s~[q  
    ;6tGRh$b  
    2. 方法 |`Q2K9'4bL  
     I`S?2i2H  
    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： pe>[Ts`2F  
    XpT+xv1`;  
     ;{Tf:j'g  
    ]?UK98uS\A  
    W+ v#m>G  
    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。 ]_mcJ/6:  
    9IJc9Sv(  
    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。 * %w8bB  
     0<u(!iL  
    #8i9@w  
    !H4C5wDu  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 bI+ TFOP  
    Q=#@g  
    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。 x?n13C  
    8w9?n3z=}  
    1) 评估最大模式阶数 s E0ldN"  
    #s0Wx47~  
    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： Ry"N_Fb  
    xM D]b  
    F~zrg+VDjL  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 C>Cb  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 DUWSY?^c  
    r 9whW;"q  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 -b'a-?  
     FSA"U9 w<  
    ~zyD=jx P9  
    ebIRXUF}>  
    <iN xtD0  
    2）设置多模高斯光源 C#:L.qK  
    2M*84oh8P  
     ~s -"u *>  
    0%;y'd**Ck  
    E2( {[J  
    3) 设置优化函数 ]=jpqxlx  
    &0JCZ /e  
    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)。 6 i'kc3w  
    q#*b4q {  
    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。  :qrCqFl  
     gYW  
    U_ *K%h\m  
    \@F!h8e4  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 /4Jm]"  
    |>jlmaV  
    Ztj~Q9mu  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） (VB-5&b  
    cB|Rj}40v  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 } .'\IR  
    %TS8 9/  
    a. 打开参数优化 #({ 9M  
    92 =huV  
    *;Gnod<  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 LRKl3"M  
    "t:9jU  
    图2
    \@hq7:Q  
    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： N^xk.O_TO  
    WzdE XcY  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Y^9b>H\2  
    -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。 ^^{7`X u  
     _l$X![@6=  
    ^eY% T5K   
    图3
    mxkv{;ad  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 y)0wM~E;2  
    VZEDBZ x*  
    图4
    |!\5nix3A>  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 H3Sfz'  
    Olltu"u  
    图5 *?s"~ XVs  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： 2/.I6IbL  
    /4bHN:I]M  
    图6
    %xh A2  
    4.总结 X@up=%(  
    {+^qm8n  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ~2M+Me  
    x'hUw*  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 Ry4`Q$=:  
     v5g]_v*F  
     
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