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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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    光币
    22307
    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    R`<{W(J;r  
    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。 Td=] tVM  
    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。 7\|NYT4  
    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。     y:(C=*^<t  
    1v8:,!C  
    1. 建模任务 c]:J/'vc  
     VG*=)8{  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ P PIG?fK)  
    -`ys pE0?  
    FKvO7? K  
    2. 方法 XDv7#Tv_wv  
     3YZ3fhpw  
    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： Dv\:b*  
    P\G C8KV]  
     &VBD2_T  
    D9pxe qf+=  
    ]jT[dX|?  
    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。 2L{:H  
    bNPjefBF  
    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。 4OESsN$O  
     .L 5T4)  
    p<^/T,&I  
    @ #O|  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 dA!f v`,6-  
    'E6gEJ  
    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。 myo~Qqt?  
    r^ Rcjyc1  
    1) 评估最大模式阶数 5)zj){wL  
    &4$43\(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： j2v[-N4 {J  
    '\vmfp =  
    i|! 9o:  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 VL,?91qwe  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 K=^_Ndz  
    pU)3*9?cIl  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 o dQ&0d  
     9!/1F !  
    Ss#{K;  
    %:8q7PN|  
    +^3L~?  
    2）设置多模高斯光源 0:(dl@I)@  
    ,EJ [I^  
     J hq5G"  
    >C d&K9H  
    [T?6~^m=  
    3) 设置优化函数 )-Sl/ G  
    @42lpreT  
    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)。 FYE9&{]h  
    Q9'V&jm  
    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。 v lnUN  
     #mFAl|O  
    d4=u`2w  
    ofhZ@3  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 K#pt8Q  
    /01(9(  
    Qmh(+-Mp(  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） vWfef~}~  
    l4.@YYzbp.  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 9(gOk  
    5T@'2)BI=  
    a. 打开参数优化 u KdX4  
    /P:WQ*  
    K{|dt W&  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ) o(F*v  
    _EBDv0s  
    图2
    z\ $>k_  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： d:WhP_rK9  
    c!FjHlAnP  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） !suiqP1\*  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 -`1L[-<d=/  
     OL+40J  
    NGD2z.  
    图3
    +P;D}1B#I?  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 g. VIe  
    5|={1Lp24g  
    图4
    &WV 9%fI  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 z:,!yU c  
    0r&9AnnWu+  
    图5 YU"\Wd[  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： |(8h:g  
    u5B/Em7,0  
    图6
    `r bqYU0  
    4.总结 ?)<XuMh  
    ^\9G{}VY  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 E|#R0n*  
    @+vTGjHA  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 )/^$JYz  
     l\y*wr`  
     
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