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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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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    {@Ac L:Eit  
    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。 N sL"p2w~  
    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。 Gu).*cU  
    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。     [B`P]}gL:  
    _4$DnQ6&  
    1. 建模任务 sIsu >eL  
     .<%M8rcj  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ h$\h PLx  
    su;S)yZb  
    I/jr` 3Mj  
    2. 方法 Ui!|!V-  
     d Al<'~g  
    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： em}Qv3*#  
    H~]o]uAi"  
     9AzGk=^  
    x~^I/$  
    ^ZUgDQduc  
    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。 XH$|DeAFM  
    'Y\"^'OU\  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 |"w<CK lQ  
     RJ4mlW  
    T9-a uK0d  
    GQq'~Lr5  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 /ASI 0h  
    Tpx,41(k  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ^\jX5)2{  
    +lJ]-U|P  
    1) 评估最大模式阶数 I>Fh*2  
    \|` Pul$  
    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： agT[y/gb  
    %nf=[f  
    [Od9,XBa  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \3?;[xD  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 i!x5T%x_  
    Vj`s_IPY  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 JBAK*g  
     8k?L{hF|nW  
    w]o5L  
    6F/ OlK<  
    \ZWmef  
    2）设置多模高斯光源 s FYJQ90it  
    <SdJM1%Qo  
     {0WID D  
    {<[tYZmj.  
    VQjFEJ  
    3) 设置优化函数 .+L_!A  
    {}&f\6OI%  
    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)。 LE80`t>M#  
    JO{- P  
    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。 K |} ]<  
     =M{CZm  
    ` +BaDns  
    yi-"hT`  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 `yXx[deY  
    0*/ r'  
    Qwo9>ClC  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） tSc>@Q_|  
    UJ)M:~O  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Hs -.83V  
    p2DNbY\]  
    a. 打开参数优化 \ +-hn  
    jI2gi1 ,a  
    Z6([/n  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 c$<O0dI  
    P9mxY*K)%5  
    图2
    V -4*nV  
    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： _.*4Y  
    xgqv2s>L  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Fif^V  
    -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。 ~eOj:H  
     E(3+o\w  
    -WBz]GW4r  
    图3
    v\9,j  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Q1I_=fT  
    Q()RO*9  
    图4
    m/c&/6nk  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 g6/N\[b%  
    H0b6ZA%n  
    图5  1C,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： -,fa{yt-  
    V_A,d8=lt  
    图6
    3auJ^B}  
    4.总结 g=g.GpFt  
    iraRB~  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 kl3S~gE4@  
    A;WwS?fyQ  
    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%\7Uo-  
     b~Pxgfu"  
     
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