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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
    |{g+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。 R cY>k  
    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。 qZ@0]"h  
    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。     yTE%hHH]&[  
    3>zN/ f  
    1. 建模任务 QYXx:nIrg  
     He0=-AR8  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ L+B?~_*  
    p6EDQwlf  
    <0|9Tn2O  
    2. 方法 iK;dU2h  
     ?:^mBb) T  
    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： -@^Zq}  
    HQ!Xj .y  
     J MX6yV  
    t<uYM  
    ^Yr0@pE  
    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。 LiDvaF:@L!  
    fkfZ>D^1  
    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。 P7r'ffA  
     J?)RfK|!  
    J2GcBzRH  
    <Y 4:'L6  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 g*\/N,"z  
    h*0S$p<[1  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 `|1MlRM9  
    I4H`YOD%  
    1) 评估最大模式阶数 I9$c F)zk  
    I^*'.z!4Q  
    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： C`oa3B,z  
    Q^}%c U0  
    0m[dP  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 `U!y&Q$,  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 P#kGX(G9!  
    BOlAm*tFt  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 m:tiY [c>W  
     /rB{[zk  
    Mro4`GL  
    \`'KlF2  
    NQTnhiM7$  
    2）设置多模高斯光源 r'/;O  
    7&}P{<}o^  
     lYf+V8{  
    =<f-ob8,  
    oR+-+-? ?$  
    3) 设置优化函数 {B$2"q/~  
    $KV&\Q3\0  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 P sjbR  
    Df07y<>7Q  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 S{F-ttS"  
     [um&X=1V8  
    1ZJ4*bn  
    9G?ldp8  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 `cP <}^]  
    H{ M)-  
    L6:h.1 U$  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） <T,A&`/  
    8``;0}'PC  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 2f,B$-#  
    8"'x)y  
    a. 打开参数优化 UP1?5Q=H]Q  
    d<p2/aA  
    Y8s;w!/  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 rp! LP#*  
    s}x>J8hK  
    图2
    bPD)D'Hs  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Ry;$^.7%  
    q1Qje%9@t  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） (ClhbfzD  
    -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。 -mNQ;zI1  
     dZ2%S''\  
    :1fagaPg  
    图3
    =6nD0i 9+  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ^t. W|teD  
    J07O:cjyu  
    图4
    'E]A.3-Mt  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 0`hwmDiB"  
    O;XG^s@5  
    图5 /F[+13C  
    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： ,cHU) j  
    K!{5 [G  
    图6
    W*T{,M@Y  
    4.总结 {XY3Xo  
    ,TC~~EWq  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ?qHF}k|  
    TYS\95<  
    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。 E:A!wS`"  
     cf8-]G?tK  
     
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