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    [技术]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    在线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    ZC2aIJ  
    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,v@ gt  
    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。 R:n|1]*f3X  
    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=!ts[qi  
    2MB>NM<xO  
    1. 建模任务 hqeknTGsIn  
     i;pg9Vw  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ F4~ OsgZ'N  
    3B;Gm<fJ9N  
    Yt*NIwWr  
    2. 方法  MMk9rBf  
     V=fu[#<@Ig  
    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： 1<~n2}   
    ^XeJZkLEB  
     q5Zu'-Cx@  
    ()j)}F#Z`  
    ts&\JbL  
    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。 i|<wnJu  
    47Vt8oyh%  
    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。 Zbl*U(KU?  
     8\E=p+C  
    ThP~k9-  
    hgYFR6VH  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 c|:EMYS  
    o[wiQ9Tl  
    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。 Q`K^>L1  
    fFVQu\  
    1) 评估最大模式阶数 7h(  
    cq]0|\Vz  
    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： IM6n\EZ^  
    KUPQ6v }  
    m!zv t  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 wY8Vc"  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 p]X+#I<  
    ?0u"No52m  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 >r)UDa+  
     Ib2&L  
    ~BTm6*'h  
    p\I3fI0i  
    \8*j"@ !H  
    2）设置多模高斯光源 [ s/j?/9  
    OWfB8*4@  
     x$Wtkb0<  
    x!85P\sm  
    f dJg7r*  
    3) 设置优化函数 Y: C qQ  
    O>f*D+A-  
    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)。 902A,*qq  
    aA*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。 H[g i`{c  
     _eQ-'")  
    s%#u)nw19  
    N1E9w:T`  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 IN;!s#cl:  
    $h8?7:z;um  
    ZQR)k:k7  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Pvv7|AV   
    `{yD\qDyX  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 W#d'SL#5  
    Z @m5hx&  
    a. 打开参数优化 kVeY} 8  
    "a _S7K  
    d hg($m  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Ir` l*:j$  
     OvC@E]/+  
    图2
    4 y.' O  
    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： a~VW?wq  
    &f A1kG%  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） [$>@f{:  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 N>s3tGh  
     p&xj7qwp@F  
    :hB6-CZkqN  
    图3
    :[PA.Upi  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 HWL? doM  
    K^/.v<w  
    图4
    DDT]A<WUV  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 P$O@G$n  
    Vw.4;Zy(  
    图5 CJ3/8*;w  
    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： ~T._ v;IT  
    sV%=z}n=  
    图6
    /K,@{__JP  
    4.总结 Zic:d-Q47  
    Uu`}| &@i  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 t1#f*G5  
    L]X Lv9J0  
    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。 s }^W2  
     /byF:iYI  
     
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