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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
    '&x#rjo#  
    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。 $?Yry. 2  
    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。 +giyX7BPJ  
    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。     2|3)S`WZl  
    G_;)a]v8)  
    1. 建模任务 HePUWL'  
     fkuLj%R  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ xHL( !P F  
    hL/)|N~  
    Vq2y4D?  
    2. 方法 lD)%s!  
     .L9j>iP9 *  
    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： kpJ@M%46  
    PmkR3<=leg  
     0Vlk;fIh  
    ?I6fye7  
     CJ1 7n  
    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。 JJP08 oP  
    K{&mI/ ;  
    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。 10)jsA  
     7&t-pv92*  
    qaY1xPWz"  
    oe%} ?u  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 u[@l~gwL  
    v*'^r)Q[p  
    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。 VCY\be  
    $G8E 3|k  
    1) 评估最大模式阶数 `z{%(_+[  
    7|{}\w(I  
    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： +MR.>"  
    VPO N-{=`  
    hBS.a6u1'd  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Ja,wfRq  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ;XF:\<+  
    }Ga\wV  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 (61EDKNd9  
     h]Wr [v  
    bSiYHRH.e  
    kh {p%<r{  
    $w)!3c4  
    2）设置多模高斯光源 `P@T$bC  
    YM1'L\^  
     QN #U)wn:  
    ti5mIW\  
    M$y+q ^  
    3) 设置优化函数 (zgW%{V@  
    S]bmS6#  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 Lhl]g^SN  
    *AG#316  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 K?[q% W]%  
     /j4P9y^]=  
    JW{rA6?   
    p~SClaR3H  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 KV}FZ3jY  
    k,85Y$`'  
    Fpm|_f7  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） syWG'( >  
    ",^Mxm{  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ruc++@ J@  
    W }8'Pf  
    a. 打开参数优化 >[9J?H  
    ).Fpgxs  
    OjFLPGRCh  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 z2MWN\?8  
    !B\R''J5  
    图2
    R%{ a1r>9h  
    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： v9:9E|,U+  
    ?\vh9  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） {{B%f.   
    -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。 B P2=2)Q  
     zfc'=ODX  
    S& S Q  
    图3
    I/&%]"[^u  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 [#l*_0  
    mp=z  
    图4
    v K9E   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ;*Ivn@L  
    spdvZU=}  
    图5 55tKTpV  
    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： .ni_p 6!  
    eZSNNgD<:  
    图6
    +_; l|uhT;  
    4.总结 v-#Q7T  
    SSPHhAeH8  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Jz7!4mu  
    )\eI;8  
    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。 |2RC#]/-Y  
     1`(tf6op  
     
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