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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
    X09& S4  
    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。 Iz  ,C!c  
    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。 76hi@7a  
    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。     khyV uWN  
    -ERDWY  
    1. 建模任务 >`t |a  
     UGAP$_j ]P  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ x=9drKIw>  
    -()CgtSR  
    RCsd  
    2. 方法 C7nLa@  
     =WHdy;  
    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： $L3UDX+F  
    G"C'/  
     &L;0%  
    L-q.Q  
    k3u3X~u  
    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。 qi$6y?  
    ?a(ApD\  
    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。 N 0`)WLW  
     U t0oh  
    ;Q\Duj  
    IY+P Yad  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 \QQw1c+  
    V:yia^1  
    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。 yv&&x.!.Z  
    meE&, {  
    1) 评估最大模式阶数 q.~_vS%  
    (rvK@  
    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： YQ;?N66  
    J](AJkGzK  
    Ij4oH  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 iz& )FuOr  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Fq9AO~z  
    YGNO]Q~A  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 |&3[YZY  
     XZ}]H_, n  
    K&\xbT  
    ZI}7#K<9X  
    #T&''a  
    2）设置多模高斯光源 gm(`SC?a  
    F0qGkMs|f  
     8-+Ce;h  
    KHI-m9(  
    r_F\]68  
    3) 设置优化函数 }e  s  
    ol [   
    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)。 VMZ\9IwI  
    9aHV~5  
    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。 JN,4#,  
     &Y4S[-   
     $TGE  
    `$Z:j;F  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 6* (6>F5  
    iP)`yB5`  
    XShi[7  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） p D-k<8|  
    Op0n.\>  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。  LhKaqR{  
    +`}QIp0  
    a. 打开参数优化 5_!s\5  
    xf% _HMKc  
    yS'W ss  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 C0(?f[/(M  
    D=Jj!;  
    图2
    }OL?k/w  
    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： o<cg9  
    g(& huS  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） XYj!nx{k,  
    -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。 LDc?/ Z1  
     C9OEB6  
    /N'0@ q  
    图3
    b~>kTO  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 v#c'p^T  
    {%Cb0Zh  
    图4
    !?)ky `S3  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Pu>jECcz  
    F#-mseKhc  
    图5 amvD5  
    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： -Y>,\VEK  
    S#Q0aG j  
    图6
    *hWpJEV  
    4.总结 UI2TW)^2  
    e<A6= }  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 3u[m? Vw  
    ?TWve)U  
    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。 -+y lJo[D  
     fJ<I|ZZ  
     
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