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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
    s8/sH];  
    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。 @L p;p$G`  
    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。 {~Q9jg(A  
    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。     |^uU&O;.  
    [<2#C#P:6  
    1. 建模任务 xaM? B7  
     $r>\y (W  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ k|O?qE1hP  
    r-r)'AAO  
    6:(R/9!P  
    2. 方法 7tEK&+H`  
     SO~]aFoYt  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： -G!W6$Y  
    Q|!}&=  
     YY&3M  
    cz2guUu  
    0<,Q7onDD:  
    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。 Usa  
    d G}.T_l  
    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。 |GDf<\  
     FN25,Q8:*I  
    M-K.[}}-d  
    Bi!j re  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 $. ;j4%%  
    H1FD|Q3  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ^KBE2C  
    l> Mth+ ,b  
    1) 评估最大模式阶数 @,Re<%\  
    |L@9qwF  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： v(ATbY75  
    ?r`UBR+[  
    ^m3[mY [a  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Tb2Tb2C  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 \Y EV 5  
    <@Lw '  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 OG M9e!  
     Cb{n4xKW6  
    D<.zdTo  
    :3FJe  
    |o:[*2-   
    2）设置多模高斯光源 yf2I%\p}  
    JOR ? xCc  
     HjX!a29Wf  
    r N"P IH  
    EmaVd+Sw  
    3) 设置优化函数 l&]Wyaz@n  
    Bn[5M [  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 {29x5J  
    1pUIZ$@?`  
    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。 4z~%gt74O]  
     :+Pl~X"_  
    Ik92='Z  
     >%~E <  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 !kPZuU `T  
    'O\me  
    G(4*e! aZ0  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） vd4}b>  
    g{`rWKj  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 `kx+Kc  
    jh3LD6|s}  
    a. 打开参数优化 UE3#(:x A  
    &"90pBGK  
    C ?^si  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ,oW8im   
    '' @upZBJ  
    图2
    C$Y pk\p  
    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： %cDTy]ILu  
    =Yxu {]G  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） *mqoyOa  
    -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。 .js@F/H p  
     wYf9&}k\4  
    YWf w%p?n"  
    图3
    IZ2c<B5&  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 QE:%uT  
    Cq7EdK;x  
    图4
    > 5i(U_`l  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ]-6=+\]   
    zuWfR&U|W  
    图5 [WOLUb  
    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： E57J).x-BP  
    _&/FO{F@m  
    图6
    :Sh>  
    4.总结 ODG OWw0  
    k$V.hG|6M  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Wr\rruH6  
    mkfU fG&  
    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。 ar0y8>]3  
     e3+'m  
     
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