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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
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    eq(am%3~  
    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。 (0YZZ93  
    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。 #P l~R  
    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。     VXIP0p@  
    jB{4\)  
    1. 建模任务 TJ q~)Bm  
     7Mb# O_eh  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ NS%WeAf  
    }by;F9&B  
    5[0 O'%$  
    2. 方法 )M6w5g  
     8V^oP] Y  
    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： i;LXu%3\  
    OQW#a[=WQ  
     ?7<JQh)"e  
    S;$-''o?9  
    mEw ~yOW]M  
    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。 t2,A@2DU 2  
    3;S, 3  
    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。 ~0beuK&p  
     .pvi!NnL-  
    `c<;DhNO  
    sCR67/  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 &f ^,la  
    'nXl>  
    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。 Z ?wU  
    J ]nohICe  
    1) 评估最大模式阶数 UrqRx?#  
    >}+/{(K"E|  
    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： tmQH|'>>  
    N5a*7EJv+  
    N[s}qmPha  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 x>Zn?YR,"  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 .zi_[  
    ^J$2?!~  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 i_j[?.?X}  
     RhncBKm*M  
    e" St_z(  
    O^oWG&Y;v  
    ^s|6vd;PD=  
    2）设置多模高斯光源 D9 g#F f6  
    0u;4%}pD  
     YB-h.1T-  
    "wNJ  
    7Zlw^'q$:L  
    3) 设置优化函数 eA E`# t  
    \O2Rhz  
    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)。 -[cTx[Z,  
    \WxukYH  
    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。 vEJWFoeEFm  
     ZrsBm_Rx  
    a{L d  
    wB.&}p9p  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 KrQ1GepJ  
    >CHrg]9  
    <g$~1fa  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #d6)#:uss  
    8X[:j&@  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 37s0e;aF  
    F(>Np2oi6  
    a. 打开参数优化 ,U2*FZ["  
    8WXQ Oo8  
    YtmrRDQs  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 3}}38A|4  
    t'n pG}`tE  
    图2
    JRB9rSN^  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： p{T*k'  
    fp`;U_-&0  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） k>;`FFQU>  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ].-1v5  
     IxY|>5z  
    !|^|,"A)  
    图3
    UtoT  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 B3 8]~'8  
    %)1y AdG 8  
    图4
    ~%&LTX0s|  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 8\+uec]k  
    G<65H+)M\  
    图5 (A9Fhun  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： *4\:8  
    s6 uG`F"  
    图6
    LBYMCY  
    4.总结 +r2+X:#~T  
    ^aItoJq  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 u^^[Q2LDU}  
    ?:Uv[|S#>  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 6]K_m(F  
     ;`0%t$@-  
     
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