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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    2i#wJ8vrF  
    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。 %-|Po:6  
    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。 X&h4A4#P  
    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。     *KF:  
    0ANqEQX  
    1. 建模任务 q[Hx y  
     VcT(n7  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ H1f){L97wR  
    u#?K/sU  
    ;g: TsYwM  
    2. 方法  Z $Ynar  
     Y:]~~-f\~  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： QfB \h[A  
    @0?Mwy!  
     x&tad+T  
    %up ]"L&i  
     pzezN  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 @"-<m|lM  
    m,$oV?y>j  
    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。 zWgNDYT~  
     ~" B0P>7  
    Ot(U_rJCi  
    C',D"  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 \&]'GsfF  
    n[CESo%[  
    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。 DIH.c7o  
    =U!'v X d  
    1) 评估最大模式阶数 =;0#F&  
    \szx.IZT  
    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： fzRzkn:=  
    3'Q H\t5  
    B cd6 ~  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 EYd`qk 3  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 bgqN&J)Jr)  
    tX cc#!'4C  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 0K`3BuBs  
     bqN({p&  
    <)n1Z[4  
    41mg:xW(J  
    ~K 8eRT  
    2）设置多模高斯光源 {7[^L1  
    #QQ\xj  
     sAfSI<L_  
    MQ5#6 vJ  
    uI@:\Rss  
    3) 设置优化函数 m'XzZmI  
    7m{ 'V`F  
    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)。 ! ]&a/$U  
    +|).dm  
    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。 =|bM|8,  
     m.EI("n"J  
    >,Zjlkh3  
    N?U;G*G  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 q-eC=!#}  
    kB_GL>fc  
    49^;T;'v  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） FF6[qSV  
    rXuhd [!(P  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 DGj:qd(  
    m:d P,  
    a. 打开参数优化 Yvs)H'n=  
    VmHok  
    {3lsDU4  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 f{FW7T}O2  
    .slA }  
    图2
    )&+j#:  
    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： 3bu VU& ap  
    nZ>qM]">u  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） HsGXb\  
    -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。 Q}d6+C  
     OGh9^,v  
    L&MR%5  
    图3
    RmY5/IYR|:  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 lPSyFb"  
    [U]U *x  
    图4
    _(5SiK R  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 qxf!]jm  
    #Gx%PQ`  
    图5 6!bVPIyYO  
    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： *BH*   
    0z #'=XWk  
    图6
    >A|(mc  
    4.总结 IP7j)SM!  
    2Hw&}8  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 >N62t9Ll[  
    z6]dF"N  
    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。 U BzX%:A  
     J:Ea|tXK^  
     
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