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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
    p m4g),s  
    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。 aAlES< r  
    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。 JH%^FF2  
    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。     8$|< `:~J  
    Z$0+jpG_s  
    1. 建模任务 pT90TcI2  
     b.`<T "y  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ },"T,t#  
    X}Ey6*D:  
    Y: ~A-_  
    2. 方法 o)X(;o  
     D^?jLfW8  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： hnQDm$k  
    J3]W2m2Zw  
     6I$laHx?  
    9@Iz:!oqb  
    >q'xW=Y j\  
    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。 YWV"I|Z  
    P9Gjsu #  
    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。 +<G |Ru-  
     ;g3z?Uz)  
    19Cs 3B\4  
    @R5jUPUVV  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Bf72 .gx{0  
    pJ` M5pF  
    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。 'IorjR@ 40  
    O8; `6r  
    1) 评估最大模式阶数 yGNZw7^(  
    K3jPTAw=#  
    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： Ub0hISA  
    /Hox]r]'e  
    y:U'3G-  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 (,5oqU9s@  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 r/X4Hy0!lT  
    Ywj=6 +;  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 b`NXe7A  
     hX-([o  
    4G:I VK9  
    3:">]LMi  
    U Hej5-B  
    2）设置多模高斯光源  T4}SF  
    tSST.o3  
     q P<n<  
    j@kL`Q\&I  
    Kn9O=?Xh;  
    3) 设置优化函数 zW`Zmt\T2  
    W\(u1>lj  
    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)。 jlmP1b9  
    ;j#$d@VG"  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 BrW1:2w >\  
     i[:S *`@S  
    ;l^4/BR  
    <@B zF0  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 'Zq$ W]i  
    l!n<.tQW  
    #q;hX;Va  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Rw]4/  
    Bg^k~NX%  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 vepZod}D  
    b.qp&2A  
    a. 打开参数优化 Qg)=4(<Hr  
    4T*RJ3Fz!  
    RwH<JaL:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 +]n.uA-`[a  
    o8 A]vaa  
    图2
    -qki^!Y?  
    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： 8>: kv:MId  
    -rU~  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 2b+0}u>a  
    -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。 'Ii%/ Ob!  
     ~[@Gj{6p0  
    %5X}4k!p  
    图3
    !B=Oc!e=K  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 dg%Orvuz  
    ,/.U'{  
    图4
    A#s`!SNv  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 >".,=u'  
    Sz\"*W;>  
    图5 eqt+EiH   
    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： Jjb(lW  
    j8@ Eqh  
    图6
    hcQvL>  
    4.总结 JHY0 J &4s  
    8:Yha4<Bv7  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ,&S ^Ryc  
    Tct[0B  
    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。 !/4f/g4Ze  
     #1MEmt  
     
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