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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
    z3`-plE  
    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。 IN4=YrM^  
    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。 *n; !G8\  
    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。     ~1cnE:x;V  
    l=]cy-H  
    1. 建模任务 ~Cl){8o  
     0T@Zb={  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Yb:\a/ y  
    flk=>h|  
    _6O\W%it  
    2. 方法 P6E3-?4j  
     LL]zT H0  
    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： yN~dU0.G6!  
    x HoKo  
     ^cV;~&|.Xk  
    7 ]^M>#  
    zBo1P(kek  
    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。 (2$( ?-M  
    C2@,BCR  
    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。 -0?~  
     (]b!{kS  
    4?0vso*X<:  
    E8>Ru i@9  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 h lkn%  
    .nG#co"r}3  
    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。 q+P|l5_ t  
    Rz (QC\(  
    1) 评估最大模式阶数 W"):-Wq  
    AP[|Ta  
    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： M9EfU  
    N U|d  
    bx<RV7>0  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 pcau}5 .  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 'pm2n0  
    }~#pEX~j*  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Sczc5FG  
     Vm%1> '&  
    O_$m!5ug  
    /<E5"Mm%  
    S?RN?1  
    2）设置多模高斯光源 9l}FU$  
    iOwx0GD.n  
     $SM# < @  
    MxWy*|J}  
    Nndddk`  
    3) 设置优化函数 t>1Z\lE\"  
    +u!0rLb  
    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)。 eAX )^q  
    )\sc83L  
    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。 "J+3w  
     XpmS{nb  
    .gG1kWA-  
    350_CN,  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ktj]:rCkF  
    wB.Nn/p  
    ZX5xF<os8  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） r)Ap8?+  
    an4GSL  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 F_Y7@Ei/  
    t=_J9|  
    a. 打开参数优化 {LX.iH9}l  
     yyv8gH  
    I?"q/Ub~h  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 &C_' p{G  
    R<sJ^nx  
    图2
    \]P!.}nX#  
    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： &8%e\W\K:/  
    Vy*:ne  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Z-E`>  
    -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。 fQL"O}Z  
     4AG\[f 8q  
    @) s,{F  
    图3
    Vm(1G8 a  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 BhM '@g*  
    RY c!~Wh~Y  
    图4
    Lg~B'd8m  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 c7tfRq n+  
    +<xQM h8  
    图5 vFE;D@bz:  
    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： 1QmH{jM  
    bx]N>k J  
    图6
    S:TgFt0  
    4.总结 w=LP"bqlI  
    f 1w~!O9  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (>`5z(X  
    H|R T?Q  
    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。 Cl ^\OZN\=  
     e&>;*$)  
     
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