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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
    Z|9u]xL  
    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。 Ioy  
    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。 2jsw"aHW  
    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。     Lj\/Ji_  
    X2mREt9  
    1. 建模任务 C9DJO:f.2y  
     _qqr5NU  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ [+ *$\  
    . #Z+Z  
    aq+Y7IR_  
    2. 方法 AB Xl  
     {y]mk?j  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： :M{Y,~cP  
    ^ 5VK>  
     Fhz*&JC#  
    E Uar/  
    {wF&+kH3  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 vkS)E0s  
    U`Jy!x2m  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 g>d;|sK  
     iz(u=/*\  
    ``,k5!a66\  
    MF6 0-VE  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 z)XRx:YU;$  
    DcIvhBp  
    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。 t#nn@Yf  
    YI-O{U  
    1) 评估最大模式阶数 TvNY:m6.%  
    p2J|Hl|  
    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： dt[k\ !-v  
    L{l6Dd43q  
    )2UZ% ?V#  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 < XTU8G  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ! / y!QXj  
    7f<EoSK  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 M L7 \BT  
     &bgvy'p  
    ODc9r }  
    sC00un%  
    O=)  
    2）设置多模高斯光源 _8}QlT  
    p\C%%  
     '`Bm'Dd  
    d_S*#/k  
    ~9F,%  
    3) 设置优化函数 4> ^K:/y  
    'tN25$=V&W  
    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)。 Fg$3N5*  
    xX0-]Y h:  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 &Gm$:T'~  
     !$A37j6  
    h0?2j)X_  
    ^1:U'jIXO  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 6b8;}],|  
    C ]Si|D  
    TGuiNobD  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 53HU.  
    "I;C;}!  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 hA 3HVP_  
    $(s\{(Wn  
    a. 打开参数优化 sDgXU@  
    RjJU4q  
    8$|8`;I(  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 M:Er_,E  
    z|G9,:9  
    图2
    4fh^[\  
    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： zeP}tzQO  
    @=w<B4 L  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） [w -{r+[  
    -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。 _a_xzv'  
     2:}fe}  
    #6+ FY+/  
    图3
    < `qRA]  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 K\[!SXg@  
    h :Xz UxL\  
    图4
    |5I'CNi\  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 jO9ip  
    |6J ?8y  
    图5 q,<[hBri-  
    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： d;tkJ2@NO  
    HhA -[p  
    图6
    89{HJ9}  
    4.总结 @vgG1w  
    n<Svw a}  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |( (zTf  
    8pM>Co!  
    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。 Gx?+9C V  
     QVZD/shq  
     
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