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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
    9r)5d&,6  
    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。 =]Ek12.  
    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。 &E9%8Q)r(  
    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。     'dht5iI;Yw  
    )<Yy.Z_:DC  
    1. 建模任务 UbuxD})  
     1yKf=LZ^  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ as\V, {<  
    m1`ln5(R  
    P0 89Mh9  
    2. 方法 XBeHyQp  
     Dic(G[  
    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： Q2#)Jx\6!  
    2OZdj  
     JUXK}0d%eN  
    t71 0sWh{  
    M.l;!U!}  
    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。 %_3{Db`R>  
    DSIa3! 0  
    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。 w}2yi#E[  
     * dNMnZ@Y  
    Sa@Xh,y Z  
    {fS/ZG"5<t  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 >&$ V"*]  
    >4ALF[oH1J  
    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。 Z2LG/R  
    R2;-WxnN]  
    1) 评估最大模式阶数 > h:~*g  
    8>epKFEg  
    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： }y0UyOa{C  
    EM([N*8o  
    :{Y,Nsa  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 nGuF, 0j  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 `bxgg'V  
    ^y h  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 UkGUxQ,GU  
     VX- f~  
    %b_zUFHPp  
    lvFHr}W  
    g:*yjj  
    2）设置多模高斯光源 /Ia#udkNMp  
    *F9uv)[kz  
     _=cMa's  
    }LE/{]A  
    -MU^%t;-  
    3) 设置优化函数 TRQva8d?  
    +-{H T+W  
    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)。 czT$mKj3  
    q= tDMK'h  
    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。 D)mqe-%1  
     Eu0 _/{:  
    f"PApV9[  
    =izB :  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 t<`BaU  
    UV:_5"-  
    .+8w\>w6g  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） fa6L+wt4O  
    sNNt0q(  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 6ZF5f^M^  
    #q=?Zu^Da  
    a. 打开参数优化 :|d3BuY  
    dpE+[O_  
    %i96@ 6O  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 =?/J.[)<*  
    3c ^_IuW-  
    图2
    iaR'):TD  
    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： kdv>QZ  
    } $OQw'L[  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） \75%[;.  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ANWa%%\T  
     gE%-Pf~  
    Ok,hm.|  
    图3
    0Uybh.dC  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Iw48+krm>  
    .lj\ H  
    图4
    0t<TZa]V  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 |}#Rn`*2y  
    gTs5xDvJ  
    图5 WSh+5](:  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： `s.y!(`q  
    Hm*n ,8_  
    图6
    l3.HL> o  
    4.总结 \.}* s]6  
    :r!nz\%WW  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (h2bxfV~+  
    2!l)% F`  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 fRq2sK;+  
     F9Mv$ g79  
     
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