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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
    i5Yb`Z[Y  
    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。 orMwAV  
    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。 Q:k}Jl  
    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。     'op|B@y  
    +Kbjzh3<wG  
    1. 建模任务 )"aV* "  
     .MoU1n{Yc  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ XBu"-(  
    wHMX=N1/  
    Xg!{K3OS  
    2. 方法 T&u5ki4NE  
     xH"/1g  
    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： "Nbq#w\  
    CSq4x5!_7>  
     )g#T9tx2D  
    .jT#:_  
    !0LWa"  
    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。 dufu|BL|}  
    zFff`]^`  
    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。 +V046goX W  
     *Y7u'v  
    .Una+Z  
    s/ qYa])  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 =BAW[%1b  
    Eq9x2  
    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。 ""F5z,'  
    7XLtN "$$  
    1) 评估最大模式阶数 Y}|X|!0x  
    iYm-tsER;  
    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： PB`Y g  
    {~"/Y@&]R  
    /,&<6c-Q@W  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,|H `e^  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 /quc}"__  
    4,gK[ dc  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 O6a<`]F  
     ?2{Gn-{  
    V0.vQ/  
    `WFw3TI  
    Tc &z:  
    2）设置多模高斯光源 u^bidd6JRn  
    cyv`B3}  
     ^"1n4im  
    1&evG-#<:  
    u9GQU  
    3) 设置优化函数 j9 4=hJVKi  
    l2rd9 -T  
    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)。 JNYFD8J~  
    g:D>.lKd  
    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。 Yi+wC}   
     xU>WEm2  
    i8[t=6Rm@  
    [-k  
    b. 导入实际测量的远场光强分布  ~f1%8z  
    {V$|3m>:*  
    pW@Pt 3u  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Cc' 37~6~P  
    fg!__Rdi  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ith 3 =`3  
    K'Tm_"[u  
    a. 打开参数优化 mPN@{.(j  
    iWB=sL&p  
    ZQoU3AD;  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 k,E{C{^M  
    y'~U%,ki6  
    图2
    YY((V@|K  
    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： ]&xk30  
    ?{|q5n  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） LX7FaW  
    -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。 z Rl3KjET  
     ~'iHo]9O  
    ~u!|qM  
    图3
    N^ds RYC  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 W*4-.*U8a  
    V2?=4mb  
    图4
    YEs&  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  Ins`l  
    4(~L#}:r!  
    图5 DiScFx |rE  
    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： gsv uE  
     V!ZC(  
    图6
    /-ch`u md  
    4.总结 ?(y*nD[a  
    3n1;G8Nf  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 _ Yx]_Y9I  
    ?m=N]!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。 #`iB`|  
     FLCexlv^  
     
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