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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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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    Y"&1jud4xl  
    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。 R8<'m  
    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。 k^Q>  
    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。     R |h(SXa  
    E)=X8y  
    1. 建模任务 J(JqusQd !  
     &^4E)F  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ :>'4@{'   
    eQvdi|6  
    !{, `h<  
    2. 方法 wpLC,  
     ~HH6=qjU)  
    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： ?QXc,*=N  
    Q7b$j\;I  
     #I(Ho:b  
    xYGB{g]  
    L93KsI  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ^5yFb=2  
    oI6l`K$  
    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。 }dt7n65  
     g,N"o72)  
    }L1 -2  
     #nS  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 "}jY;d#n  
    ^Q'^9M2)  
    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。 .;&1"b8G  
    u(!@6%?-  
    1) 评估最大模式阶数 (\=iKE4#  
    CQ+WBTiC  
    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： R} #6  
    ;ESuj'*t  
    2}^fhMS  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 oL2 a:\7  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 e(NpX_8  
    ^l(Kj3gM  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 !}gC0dJ  
     -%*w&',G  
    vQ/&iAyut  
    -8]M ,,?  
    `f9I#B  
    2）设置多模高斯光源 @+3@Z?!SZ  
    LS=HX~5C  
     )Bq~1M 2  
    IC6}s  
    `2M`;$~ 5  
    3) 设置优化函数 uNV\_'9>Y  
    Gg3cY{7  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 #$GDKK  
    FYe(S V(9  
    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。 n' \poB?  
     )aOPR|+  
    _p~lL<q-K[  
    G:]w UC\  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 <3;Sq~^  
    BN?OvQ  
    UoLvc~n7  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） =psX2?%L  
    |G5Me  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \Ami-<T  
    =3Y:DPMB  
    a. 打开参数优化 ItZqLUJ m  
    "Yo.]P U  
    J8T?=%?=  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Ig hd,G-  
    ,,Dwb\B}  
    图2
    2\Vzfca  
    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： c teUKK.|)  
    e Akjpc  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） `|1#Vuk  
    -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。 D=w5Lks  
     Q.q'pJ-  
    Hq{i-z+  
    图3
    ? (&)p~o  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 bN6FhKg|  
    E6{|zF/3'  
    图4
    :<    
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 *20$u% z2  
    r.5}Q?  
    图5 ] Fx9!S  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： y^o*wz:D*  
    =AhXEu^  
    图6
    t,*hxzD"  
    4.总结 7j&iHL  
    !^dvtv`K  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Q0)6 2[cMm  
    K[%)_KW  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 - I$qe Xy  
     ~bp^Q| wM  
     
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