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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
    T|~5dZL  
    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。 56Wh<i3  
    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。 YWIA(p8Qkk  
    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。     T9yI%;D  
    L4po1  
    1. 建模任务 (JbRhcg  
     ,RPb <3 B  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ v}DNeIh~  
    b `P6Ox3  
    1uo- ?k  
    2. 方法 4@{;z4*`  
     {]IY; cL  
    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： ]3v)3Wp  
    H k}P  
     hC$e8t60  
    <aPZE6z  
    {QEvc  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 L'wR$  
    C6>_ wl]  
    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。 ]-wyZ +a  
     ) 8xbc&M  
    jZ~girA  
    ~BI`{/O=  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 =d;a1AO{&  
    )v(rEY  
    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。 =ls+vH40&  
    )a^&7  
    1) 评估最大模式阶数 Ox)<"8M  
    \(??Ytc<B  
    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： / :$WOQ  
    &&;.7E  
    `@y~JNf!  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 nzbVI  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Yv1yRoDv  
    Q%6zr9  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 >_Tyzl>z  
     |K. I%B  
    ~vYFQKrb  
    %|4Kak]:Q  
    'z9 1aNG]  
    2）设置多模高斯光源 O}C*weU  
    z&9ljQ iF  
     X[/7vSqZ@w  
    ;Q t%>Uo8  
    ` { Ox=+]M  
    3) 设置优化函数 I?1 BGaAA  
    /\e_B6pF<  
    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)。 0=+feB1T  
    eJf]"-  
    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。 1#L%Q(G  
     1TEKq#t;y  
    "7-}#_!g  
    y=Eb->a){  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ?0 cv  
    ~APS_iG[  
    /QB;0PrE  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） -V2f.QE%  
    Eg&5tAyM  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 8yIBx%"4MH  
    P*[wB_^&UP  
    a. 打开参数优化 E 6#/@C,  
    O\!'Ds+gX  
    LT)I ?ud  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 InL_JobE8r  
    N~b0b;e  
    图2
    +b_[JP2  
    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： jBEW("4R  
    8@doKOA~T  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） k^d^Todq.  
    -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。 }x#e.}hf&  
     ga,kKPL  
    ,dd1/zm  
    图3
    fJNK@F  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 4YY!oDN:  
    GfSD% "  
    图4
    IPn!iv)  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Js:U1q  
    \ (`2@  
    图5 HP7~Zn)c  
    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： 3 [#Rm>,Vu  
    }T PyHq"  
    图6
    *" OlO}o  
    4.总结 VL5VYv=:  
    eU)QoVt  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 #" "T>+  
    b{&'r~  
    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。 )zy ;!  
     '5Kj "aD%  
     
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