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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
    "]b<uV  
    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。 'op|B@y  
    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。 8i#2d1O  
    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。     xBi' X  
    9H`XeQ.  
    1. 建模任务 *]/zc1Q4M  
     G^4hd i3@  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ GM f `A,>  
    MXNFlP  
    V7fq4O^:  
    2. 方法 Cl8Cg~2  
     ieCEo|b  
    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： B; h"lv  
    c?[I?ytl  
     G[I"8iS,  
    ++Ts  
    c>:wd@w  
    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>`mI8 $t  
    .Una+Z  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 NzOx0WLF  
     9BBmw(M}  
    ( !fKNia@S  
    peuZ&yK+"  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 EPM-df!=  
    Y}|X|!0x  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ca*DZG/  
    tKx~1-  
    1) 评估最大模式阶数 V>-e y9Q\  
    /,&<6c-Q@W  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： O#~yKqB  
    9YQb &  
    ]uJ"?k=  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ][h%UrV  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 <?}-$  
    <~'"<HwtK  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 qqr?!vem6  
     Pz|>"'  
    I%X6T@P  
    udUyh%n  
    JZ*/,|1}EC  
    2）设置多模高斯光源 =llvuUd\n  
    u jq=F  
     FvXZ<(A{  
    l2rd9 -T  
    _] sn0rX  
    3) 设置优化函数 >#~& -3  
    -)]Yr #Q  
    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)。 xU>WEm2  
    ,nLy4T&"  
    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。 0g y/:T  
     u#;7<.D  
    xH(lm2kvT  
    }`QUHIF  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ag#S6E^%S  
    )Y6 +  
    R_ ,UMt  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） )c83/= <v  
    A8fOQ  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 eH3JyzzP,  
    H*&f:mfq  
    a. 打开参数优化 (*nT(Adk  
    6YLj^w] %  
    \fyRsa)  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 3kIN~/<R+7  
    1s2>C!\  
    图2
    _jI,)sr4ic  
    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： +[AQUc  
    4Lh!8g=/  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） X!Mx5fg  
    -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。 }=UHbU.n~!  
     _8riUt  
    t?ZI".>  
    图3
    O=&0H|B  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 U;V7 u/{  
    ,o{9$H5{  
    图4
    S)k*?dQ##R  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ] =xE  
    3yY}04[9<  
    图5 D},>mfzF  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： D>@I+4{p  
    w%VU/6~  
    图6
    Av$^  
    4.总结 kg~mgMR+w  
    :q7Wy&ow  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ARVf[BAJ-*  
    5C*Pd Wpl  
    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。 [vK ^Um  
     YTpSHpf@  
     
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