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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
    ^qs{Cf$  
    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。 Rnl 4  
    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。 ul{u^ j  
    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。     h)O<bI8  
    6usy0g D  
    1. 建模任务 AnB]f~Yjl  
     --ED]S 8  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ / 7EeM{,~  
    q>$[<TsE&}  
    %?o@YwBo^E  
    2. 方法 mw^Di  
     GCw <jHw  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 'f+g`t?  
    -3YsrcJi  
     ?q}XD c  
    %]>LnbM>4  
    6 (:^>@  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 >JN K06T  
    w(lxq:>"  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 /xK5%cE>B  
     D$sG1*@s-  
    1[QH68  
     (h"Yw  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ya+eGD@N':  
    %h "+J  
    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。 owYSR?aG  
    E8-8E2i,  
    1) 评估最大模式阶数 0baq696<F  
    -:O~J#D  
    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： C:$12{I?*  
    \O]1QM94Y  
    7l-` k  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 n&?]GyQ  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 4o:  
    N XAP=y3  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 @ 2mJh^cj  
     OG# 7Va  
    w|6;Pf~1y)  
    ^k&T?uU  
    91oIxW  
    2）设置多模高斯光源 'o2V}L'nG  
    8]DN]\\o  
     Ga4Ru  
    fo"dX4%}  
    5 =Os sAr  
    3) 设置优化函数 #y~`nyg%|  
    "s']@Qv  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 st;.Po[h  
    E6);\SJG}  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 y{Wtm7fnA  
     sje}E+{[  
    C[j'0@~V:B  
    .Gq)@{o>  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 PVAs# ~  
    %eoO3"//  
    z3IQPl^  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） %m'd~#pze  
    ]Y|Y?  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 q#v&&]N=  
    )J/,-p  
    a. 打开参数优化 JGaS`fKSk  
    Y(WX`\M97  
    P ;>8S:8  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 thk33ss:  
    YaTJKgi"0  
    图2
    EP#3+B sH  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： XVi?- /2  
    tzv&E0 |d  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） uS3 s  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。  ]A;zY%>  
     N|eus3\E  
    imdfin?=   
    图3
    ^s25z=^t  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 M%f96XUM  
    R1'bB"$  
    图4
    [`P+{ R  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 c ?mCt0Cg  
    TY"=8}X1  
    图5 sygAEL;.  
    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： ukV1_QeN [  
    n!mtMPH$  
    图6
    >Pv#)qtm  
    4.总结 bet?5Dk  
    VsOn j~@  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 t?9F2rh  
    sfez0Uqe.~  
    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。 *a xOen  
     I%(`2 rD8G  
     
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