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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
    L_Xbca=  
    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。 8bdx$,$k  
    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。 `d}t?qWS;F  
    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=>^ 8[0O  
    sQmJ3 (:HO  
    1. 建模任务 ,*.qa0E#W  
     AD~_n ^  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ sV;q(,oru  
    - VdCj%r>  
    ~wQ M ?h  
    2. 方法 M=54xTh0Y  
     NpH9}, 1i  
    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： :;jRAjq"  
    jbe_r<{  
     +GEdVB  
    zm mkmTp  
    H6hhU'Kxf8  
    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。 A_Y5{6@  
    quS]26wQz  
    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。 vDIsawbHD  
     84 <zTmm  
    ~U4Cf >  
    ?_d3|]N  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 zeD=-3  
    Ln8r~[tVE<  
    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。 f\?1oMO\  
    Z>[n~{-,p  
    1) 评估最大模式阶数 Y,?kS dS  
    = &^tfD  
    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： X!6$<8+1OV  
    P8[k1"c!  
    s_3a#I  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 kP1cwmZ7F  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 !ScEA=  
    VAp 1{  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 uANpqT}!  
     T^ - -:1  
    ^iWJqpLe  
    -EE}HUP)  
    6,!$S2(zT  
    2）设置多模高斯光源 U, 8mYv2|  
    /m4Y87  
     Rm}G4Pq  
    y Z)-=H  
    @O|`r(le  
    3) 设置优化函数 o(C;;C(*{  
    Z4g<Ys*  
    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)。 @ V_i%=go  
    o7^0Lo5Z?  
    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。 iI;np+uYk  
     8Y_lQfJa  
    \wR\i^  
    ;M"[dy`dY  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 [ #fz [U  
    vGOO"r(xL  
    7d/I"?=|rA  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） R[rOzoNp0  
    gX| \O']6  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 .*Z#;3  
    q3`~uTzk  
    a. 打开参数优化 q{+}0!o  
    >>cL"m  
    e'p"gX  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 6n;? :./  
    5=b6B=\*~  
    图2
    Q n.3 B  
    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： f ~bgZ  
    h gu\~}kD  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ^])s\a$  
    -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。 t#%J=zF{  
     !}sF#  
    v5&W)F  
    图3
    N36B*9m&p  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 cM\BEh h  
    AmQsay#I_  
    图4
    { R/e1-;  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 WO6+r?0M2  
    etQS&YzC  
    图5 +11 oVW  
    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： [Fv_~F491  
    CAmIwAx6;  
    图6
    Hz=s)6$ey  
    4.总结 MHGaf`7ro  
    SwaMpNXL  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ;,7m  
    Lhrlz,1  
    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。 shO4>Ha  
     Cq3Au%7  
     
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