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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
    WS,7dz  
    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。 3 ^}A %-bS  
    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。 l(:kfR~AC  
    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。     -dRFA2 Y  
    bFGDgwe z  
    1. 建模任务 ];FtS>\x  
     M_1;$fWq  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ , =y#m- 9  
    PK:2xN:=  
    <P4 FzK  
    2. 方法 wNDbHR  
     jk7 0u[\  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： "wM1qX  
    ct n, ]ld  
     TFH&(_b  
    8ws$k\>  
    f j<H6|3  
    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。 _vl}*/=Hc  
    `;%ZN  
    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。 f[jN wb  
     iRw&49  
    Ix8$njp[  
    o"+ i&Wp~  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 A lwtmDa  
    ~]fJlfR*  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ,=PKd&  
    kiUk4&1  
    1) 评估最大模式阶数 9M-K]0S(  
    *e{PxaF!C  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： (! KG)!  
    q``wt  
    !G?gsW0\h  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 74J@F2g}?  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j]5WK_~M  
    g8pO Lr'  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 S4A q'  
     <bUe/m  
    RFfIF]~3  
    f =s&n}  
    ^&[+H8$  
    2）设置多模高斯光源 =/9^, 6Q(  
    _8fA?q=  
     " ;NRzY  
    \8v91g91f  
    E^V |  
    3) 设置优化函数 Xu}U{x>  
    07_oP(;jT  
    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)。 !xK=#pa  
    ^v ni&sJ  
    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。 Z" v<0]rN  
     x]4Kkpqm  
    +t!S'|C  
    %s=Dj2+  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 8OFj0S1r`  
    `jsEN ;<  
    e XV@.  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） nHst/5dA  
    gK1g]Tc@G  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Gt-UJ-RR y  
    dl|gG9u4Q  
    a. 打开参数优化 W`)<vGn=Y  
    Le#spvV3J|  
    ([E]_Q  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 /iQ(3F  
    ^twivNB  
    图2
    hv)8K'u  
    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： *dsX#Iz  
    "IjI'c  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Ngy=!g?Hk=  
    -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。 _eQ-`?  
     >hsuAU.UOR  
    v/QUjXBr  
    图3
    |D#2GeBw1h  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 :nJgwp()@  
    5W? PCOh\  
    图4
    jgu*Y{ocm  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 k4\UK#ODe  
    w4};q%OBj  
    图5 _M5%V>HO  
    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： >,5i60Q  
    .qD@ Y3-  
    图6
    S-F o  
    4.总结 }VCI=?-  
    O l@_(U  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 2KJ1V+g@a6  
    }SfbCa)UO  
    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。 bud&R4+  
     't (O$  
     
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