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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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    5734
    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
    8M9\<k6  
    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。 zD;] sk4  
    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。 PAU+C_P  
    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。     |S:!+[  
    M%s$F@  
    1. 建模任务 WnzPPh3PJ  
     d$rUxqB.  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ A9Wqz"[  
    s@LNQ|'kO  
    YB~t|m65  
    2. 方法 KR(} A"  
     uyt-q|83=  
    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： B"9hQb  
    oz6+rM6MY  
     #pQ"+X  
    RIEv*2_O  
    .l=*R7~EU  
    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?;Vxh3@|  
    zWs*kTtA  
    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。 Rgfhs[Z  
     s.^9HuM  
    DsJn#>?Kh  
    ;c- ]bhBB  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Z#6~N/b  
    r`R~{;oT  
    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。 &^n> ZY,  
    M:Y*Tb6w  
    1) 评估最大模式阶数 PT#eXS9_  
    &s^>S? L-  
    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： Wt9iL  
    Cz@FZb8  
    Bd9hf`% 2  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Yuo1'gE+  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 `X<`j6zaG  
    =Xy`"i{`(  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 +'['HQ)  
     3$N %iE6  
    *e3L4 7"G  
    x`+ l#  
    D<bU~Gd,P  
    2）设置多模高斯光源 c@9Z&2)  
    4l ZJb  
     { LT4u ]#  
    |3, yq^2  
    ,t%CK!8  
    3) 设置优化函数 G?1x+H;o5  
    K 5qLBz@U  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 te;Ox!B&  
    U8K &Q4^  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 &#-|Yh/  
     r'd:SaU+  
    Q&upxE4-~  
    j!S1Y0CV  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 I[=Wmxa?r  
    /~Zc}o,J  
    (3ZvXpzvF  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） hg&w=l  
    ] ^; b  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ]PlY}VOY  
    &$m=^  
    a. 打开参数优化 i0'Xy>l  
    gp$EXJ=  
    ApG'jN  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 $v:gBlj%"  
    ?-8y4 Ex  
    图2
    rkfQr9Vc  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： emv;m/&8  
    m|[\F#+C  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） }%!FMXe  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 h-r6PY=i  
      Iys6R?~  
    M)"]$TM  
    图3
    6%ZHP?  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 5;F P.{+  
    Y_[g_  
    图4
    h4Xc Kv+  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ;23=p=/h  
    3VcT7y*{P  
    图5 rWoe ?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： OgEUq''  
    /&D'V_Q`*  
    图6
    0NQ7#A  
    4.总结 @A [)hk&(R  
    uX[O,l^}  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 w::r?.9  
    =<[7J]%  
    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。 YO@hE>  
     |x d@M-ln  
     
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