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    [技术]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    2T}FX4'  
    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。 a1A3uP  
    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。 UJGmaE  
    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。     (r$QQO) /  
    "'mr0G9X  
    1. 建模任务 DP4l %2m0  
     8^"P'XQ  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 5c3&4,,eR  
    LX iis)1  
    &^@IAjxn  
    2. 方法 <N\#6m  
     _@ @"'  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： \DRYqLT`  
    vKNxL^x  
     v@ OM  
    s&Qil07 Vl  
    K2t|d[r  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ?&r >`H E  
    _JXb|FIp  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ($:JI3e[;  
     %'<m[wf^ o  
    PVUNi: h  
    C$fQ[@  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 m4kUA"n5  
    sK`pV8&xq  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 *saO~.-;4  
    O,!4 W\s  
    1) 评估最大模式阶数 8??%H7~  
    Vr%!rQ  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： }8&L?B;90  
    KoO\<_@";  
    n{r _Xa  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 K>fY9`Whm  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 OX/}j_8E^(  
    D1<$]r,  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 [:\8Ug8  
     ^)|1T#Tz  
    -YP>mwSN?  
    ,c'a+NQ_t  
    5T;,wQ<  
    2）设置多模高斯光源 Cn(0ID+3f  
    W L5!H.q  
     *FEY"W+bY  
    9b*1-1"  
    haMt2S2_B:  
    3) 设置优化函数 dLI`\e<r&[  
    _w>9Z>PR  
    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)。 9oA.!4q  
    a uz2n  
    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。 Bn_@R`  
     2KC~; 5  
    &MsBcP[  
    ^atBf![  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 xlWTHn!j  
    O<v9i4*  
    |J#mgA}(  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） oZ(T`5  
    u2xb^vu  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \aG:l.IM0  
    Qv@Z#  
    a. 打开参数优化 +k4 SN  
    A_WtmG_9  
    *"D8E^9  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ?=h{`Ci^ $  
    o-jF?9m  
    图2
    :h+gSvn:  
    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： "*E%?MG  
    U3yIONlt  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8+ <vumnw  
    -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。 X4R+Frt8  
     r%/*,lLO  
    L4'FL?~I  
    图3
    IL]VY1'#  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Jh'\ nDz@e  
    \VX~'pkrd/  
    图4
    $}/ !mXI5  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 R)w|bpW  
    Gq/f|43}@O  
    图5 n8eR?'4  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： i>C:C>~  
    &&;ol}W  
    图6
    f: h.O# d>  
    4.总结 +0Rr5^8u  
    L@|W&N;%a  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 &ns !\!  
    < g<Lf[n$  
    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。 YpT x1c-  
     Tej-mr3P  
     
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