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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
    t.= 1<Ed  
    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。 /Q2{w >^DK  
    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。 ,[|4{qli\  
    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。     K*fh`Kz  
     ylBjuD+  
    1. 建模任务 j;_ >,\  
     ^{w]r5d  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ E>3(ff&  
    $(ei<cAV  
    hF7#i_UN<  
    2. 方法 iK <vr  
     I.RmBUq):s  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示：  v{ *#  
    !(-S?*64l  
     d6;"zW|Ec  
    = , ^eQZR:  
    y%=t((.Z  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 pG(%yIiAi  
    ;&MI M`&$  
    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。 gQ~X;'  
     {8Uk]   
    ELqpIXq#  
    C6cEt5  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 '}.Z' %;  
    9_<>#)u5  
    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。 Kitx%P`i  
    y{]iwO;  
    1) 评估最大模式阶数  2/v9  
    Rw#4 |&  
    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： Qfd4")zhG  
    :{ Q[kYj  
    tf_<w?~  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 'o.A8su,  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 <u%&@G$F>  
    yPhTCr5pK  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 m C &*K  
     u AmDXqJ 3  
    tj=l!  
    v"N%w1`.e  
    M h5>@-fEE  
    2）设置多模高斯光源 380M &Guh  
    eJ O+MurO  
     C!Oz'~l  
    zxffjz,Fe:  
    k1)=xv#S  
    3) 设置优化函数 -"Hy%wE  
    V'jvI  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 L5-Kw+t  
    QKt[Kte  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 sp'f>F2]  
     m"y_@Jk  
    pNIu;1M5a  
    ! >l)*jN8  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 / >q?H)6  
    WY 'QhieH  
    ql_GN[c/  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） b6y/o48  
    u~y0H  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 IGC:zZ~z  
    m^M sp:T,  
    a. 打开参数优化 /$NZj" #  
    ]= nM|e  
    u|}p3-z|Y  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 B(TE?[ #  
    s}5,<|DL  
    图2
    VA^yv1We  
    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： "Smek#l  
    v@^P4cu;  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） >/5'0n_R  
    -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。 Nxd<#p  
      wq@{85  
    XD=p:Ezh  
    图3
    n?=d)[]  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 )J<VDO:_YA  
    6< T@\E  
    图4
    N&]GP l0  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @W+m;4HH  
    7j22KQ|EX^  
    图5 D`e6#1DbJ  
    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： aIXN wnq  
    MJDW-KL-  
    图6
    Q?uHdmY*X  
    4.总结 #D2.RN  
    Q]v><  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 K#>@T<  
    -cL{9r&X  
    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。 aHR&6zj4  
     LI`H,2Km  
     
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