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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
    >6gduD!6I  
    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。 tZygTvK/S  
    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。 eE" *c>I  
    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。     <])kO`+G  
    0}9  
    1. 建模任务 ]F sr k  
     bA07zI2  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ rw%OA4>  
    MCTTm^8O  
    ^&\<[\  
    2. 方法 ~ep^S^V+  
     ?i$MinK  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ; ! B>b)%  
    <G#Q f|&  
     Id{Ix(O  
    uOJso2Mx  
    tS[%C)  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 z'}z4^35,  
    3w8v.J8q  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Z9 zsvg  
     .NMZHK?%  
    b q8nV  
    *~^M_wej  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 V Ku|=m2vB  
    U]"6KS   
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 \Wb3JQ)  
    * & : J  
    1) 评估最大模式阶数 (t"e#b(:  
    *R8P brN  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： oiItQ4{<  
    t8uaNvUM}e  
    {; 3a^K  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ?|{tWR,Vb  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 8r.3t\o)X  
    CJt(c,!z  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 =~'y'K]  
     6A-nhvDP  
    "LM[WcDX  
    h%]  D[g  
    UxvT|~"  
    2）设置多模高斯光源 `t2Y IwOK  
    K}tC8D  
     HJ!P]X_J1  
    v dPb-z4  
    z`!f'I--!  
    3) 设置优化函数 >(F y6m  
    v4r%'bA  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 d+]/0J!c  
    ye`-U?7.  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Z8o8>C\d9/  
     mBDzc(_\$'  
     \1?:  
    Q$x 3uH\@  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 sK7b4gmK  
    3u4P [   
    a>eg H og  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） |\N))K-2D  
    nQd~i0`vB  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 LuWY}ste  
    vpoJ{TPO  
    a. 打开参数优化 '19kP.  
    !gj_9"<  
    )pw53,7>aN  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 t^7}j4lk  
    ML7qrc;Rx  
    图2
    66HxwY3a  
    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： j!K{1s[.y  
    `Lr|KuFN  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） %Ktlez:S  
    -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。 [ip}f4K  
     z*`nfTw l  
    2 P9{?Y  
    图3
    [~k!wipK  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 -!X\xA/KN  
    vn^*  
    图4
    tF!-}{c"k  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 <4%PT2R  
    r-5xo.J'  
    图5 }PzHtA,V  
    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： nOK1Wc%/'  
    >H,PST  
    图6
    #z9@x}p5g  
    4.总结 Cd7l+~*Y  
    j4E`O%@^  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 %RXFgm!{f  
    PB!*&T'!  
    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。 #w;%{C[D  
     ?]0bR]}y  
     
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