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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 正序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    d5A!kU _.  
    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。 /BT;Q)( &  
    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。 *U54x /w|  
    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。     SX^fh.  
    U]R?O5K  
    1. 建模任务 O%o#CBf0  
     (53dl(L?  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,_rarU)[J  
    ?xQ lX%&`6  
    d@At-Z~M  
    2. 方法 F:pXdU-xf  
     zp4ru\  
    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： P+}qaup  
    2+=|!+f  
     7gVWu"  
    #]lUJ &M}e  
    A ws#>l<  
    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。 $:u,6|QsS=  
    TP{a*ke^5,  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 =V5.c+  
     :VN<,1s9p^  
    `zzX2R Je  
    %- A8`lf<  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8~HC0o\2  
    Y sr{1!K  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 c+a f=ac  
    ePs<jrB<  
    1) 评估最大模式阶数 ;g*X.d  
    :m&`bq  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ~Y'e1w$`  
    2jhVmK  
    K,IOD t  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 s=%HTfw  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Z;>~<#!4  
    >^-[Mpa(*  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 H <1?<1^  
     t*qA.xc6  
    K&)a3Z=(.  
    JA(nDD/;  
    zl: u@!'  
    2）设置多模高斯光源 {Y0I A97,  
    gE ,j\M*  
     k oHY AF  
    7_K(x mK  
    Ki=7nKs  
    3) 设置优化函数 >}4]51s  
    N\uQ-XOi  
    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)。 c%Gz{':+  
    &\"fH+S  
    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。 p +T&9  
     1)YFEU&]  
    ;! 9_5Ar%  
    ! 4oIx`  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 z=K5~nU  
    3?O| X+$p  
    <oXsn.'\  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ;etQ  
    T^nX+;:|  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Vks,3$  
    eAuJ}U[  
    a. 打开参数优化 DY07?x7  
    )_Oc=/c|f  
    X*JD  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 7q^/.:wlf  
    Tb)x8-0  
    图2
    yBe/UFp+  
    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： =#V11j  
    O#EBR<CuK  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） \6'A^cE/PX  
    -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。 xw-q)u  
     RdDcMZ  
    uc<@ Fh(  
    图3
    )m'_>-`^:  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 19rUvgC{M  
    AO]lXa  
    图4
    |X.z|wKT6  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @s@  
    Orb(xLChJ  
    图5 ?oJ~3K g  
    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： dXDD/8E  
    "J.jmR;  
    图6
    d5=xOEv; :  
    4.总结 FO5SXwx  
    4bBxZY  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 "n e'iJf_(  
    2G-? P"4l@  
    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。 i\ Vpp8<B  
     oTfbx+i/G  
     
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