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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
    0kE[=#'.'  
    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&@FzD_P  
    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。 <*( Z}p  
    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。     !..<_qfw  
    T\l`Y-vu  
    1. 建模任务 _uIS[%4g  
     $.`o  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ K%z!#RyJ4  
    ,Z{\YAh1  
    _C !i(z!d  
    2. 方法 <,} h8;Fr  
      *&_*G~>D  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： a-NTA  
    2*Qv6 :qK  
     zgb$@JC  
    94tfR$W;-  
    As,`($=  
    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。 Y1PR?c Q  
    AB3_|Tza~&  
    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。 ?ko#N?hgI  
     f.6>6%l  
    @| z _&E  
    s)-oCT$[  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 a4*v'Xc5  
    dtTn]}J  
    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。 $_.t'8F  
    S=qh7ML  
    1) 评估最大模式阶数 )9eI o&Nl  
    sfXFh  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： F6\{gQ<E  
    qAjtvc2  
    a/J<(sak~X  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 D3Q+K  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 z D{]3pg  
    KIF9[/P  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 -@>{q/  
     7H Har'=T  
    u^2`$W  
    # -'A =j  
    'kd}vq#|  
    2）设置多模高斯光源 bn*:Bn1  
    ,.)wCZ,wca  
     Ud/>oaW?s  
    'cO8& |  
    |1@O>GG  
    3) 设置优化函数 "| nXR8t.r  
    L)'G_)Sl  
    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)。 j<^!"_G]*?  
    V(S7mA:T  
    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。 T@W:@,34  
     2C S9v  
    I\)`,w  
    bDl:,7;  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 fK/:  
    $LXa]  
    Nc+0_|,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） "c%wq 0  
    wv\X  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 YmljHQP  
    SdH=1zBc  
    a. 打开参数优化 =4_}.  
    +g1>h ,K 3  
    k3Yu"GY^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Z`-$b~0  
    6P{bUom?  
    图2
    !U`4  
    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： x;vfmgty  
    w{tA{{  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Fs]N9],=I  
    -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。 |V34;}\4  
     A'EI1_3{  
    %H\b5& _y  
    图3
    Jh+;+"  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 hDXTC_^s  
    t 24`*'  
    图4
    {a[BhK'g  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ILuQ.VhBVN  
    0AM_D >fH  
    图5 hb3n- rO  
    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： Xqf\}p n  
    J6#h~fpv  
    图6
    S?v/diK ]J  
    4.总结 9a_P 9s3w  
    SQ) BS/8A  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Z `F[0-  
    W^<AUT  
    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。 2|k$Vfz  
     =1[_#Moc6  
     
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