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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    U#+S9jWe  
    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。 `.Y["f 1B  
    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。 ._-^ 58[  
    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。     [L|H1ll  
    b'O>&V`  
    1. 建模任务 4<70mUnt  
     ~kYUp5f  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 4/S 4bk*8  
    j.sxyW?3  
    EkEM|<GNd  
    2. 方法 q+3Z3v  
     ]/HSlT=  
    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： AR]y p{NS  
    L"1UUOKy  
     -wC;pA#o  
    ^T)HRT-k  
    3) zanoYHi  
    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。 .Frc:Y{  
    h5U@Ys  
    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。 (X,Ua+{  
     +e`f|OQ  
    F5gL-\6  
    x$J1%K*  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 c\-5vw||b  
    ,<zGvksk  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 :qc@S&v@]  
    *O#%hTYq  
    1) 评估最大模式阶数 h$ DFp  
    EJ.oq*W!*J  
    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： 7qA0bUee5  
    ^L+*}4Dr  
    wRgmw 4  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ANc)igo  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 7UejK r  
    0_}OKn)J  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Q$Ga.fI  
     LpGplD lB  
    6,G1:BV{K  
    G6w&C^J*8>  
    ]IoJ(4f  
    2）设置多模高斯光源 .|JJyjRA+  
    \acJ9N  
     5:Pp62  
    ]U!vZY@\  
    o=_:g >5  
    3) 设置优化函数 VJDF/)X3$  
    ?FVX &{{V  
    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)。 [pUw(KV2m  
    h +.8Rl  
    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。 )y\^5>p[  
     `ky< *  
    AMG}'P:  
    OKNA36cU'  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 WM.JoQ  
    S 3Tp__  
    UQ:H3  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 8;ke,x  
    >N@tInE  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 +(x^5~QX  
    a*$to/^r  
    a. 打开参数优化 X|q&0W=  
    k*(c8/<.d  
    ^ llZf$`  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 AqB5B5}  
    4*}[h9J}\  
    图2
    uM h[Ht^.  
    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： =@AWw:!:,  
    svCD&~|K#  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） "CLoM\M)  
    -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。 OXe+=Lp<  
     1uZ[Ewl]  
    I 8vv  
    图3
    BAG) -  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 /vll*}}  
    DZ92;m  
    图4
    RbzSQr>a\  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Zk4Hs%n  
    %@#+Xpa+  
    图5  n0F.Um  
    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： &lbxmUeU  
    !O6e,l  
    图6
    Xf!@uS6<X  
    4.总结 lPx4=O  
    11[[Hk X@  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 usH9dys,  
    t ~ruP',~\  
    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。 \ZX5dFu0  
     fOJ 0#^Z  
     
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