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    [技术]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    在线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    jZwv !-:  
    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。 3h t>eaHi  
    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。 %]NaHf  
    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。     PNy)TqdRS  
    1 EE4N\  
    1. 建模任务 1eQfc{[g  
     u\-WArntc  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ aY`qbJy  
    H'2&3v  
    o[Ojl .r<  
    2. 方法 >f)/z$ qn  
     EJC{!06L'/  
    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： t!}QG"ma  
    2"0q9Jg  
     ;QYUiR  
    P`z#tDT^"  
    BpL7s ej7  
    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。 7oUecyoj  
    ]x)^/ d  
    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。 a^:on?:9  
     B$ty`/{w,B  
    |5J'`1W  
    ( X(61[Lu  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 \tv^],^`  
    OYnxEdo7  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 {WokH;a/  
    PSCzeR  
    1) 评估最大模式阶数 pF0sXvWGG  
    M$Sq3m`{!  
    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： ~nQ=iB  
    ~H<oqk:O-  
    KMs[/|HX\  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 6t zUp/O  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 7TDt2:;]  
    ~7CQw^"R@  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 T"h@-UcTl  
     FYwMmb ~3  
    V]E# N  
    R7'6#2y  
    \xCI8 *W  
    2）设置多模高斯光源 @*Y"[\"$  
    'gBGZ?^N!U  
     g=ehAg  
    m-xnbTcQ  
    RSv?imi=  
    3) 设置优化函数 V(gmC%6%l*  
    ,\){-H/n  
    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)。 5OJ8o>BF  
    0iKSUw ps  
    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。 ajM3Uwnr  
     CBkI! In2  
    vJ +sdG  
    3VI[*b  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 iX&eQ{LB  
    yT$CImP73  
    d#tqa`@~  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） \*a7o GyH>  
    QD8.C=2R  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 |_6V+/?"?`  
    z`}<mY E  
    a. 打开参数优化 f6of8BOg  
    !g`^<y!  
    RJpRsr  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 kA.U2  
    KF.O>c87&  
    图2
    I ~U1vtgp  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： R^p'gQc$   
    v3*y43  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） OfE>8*RI4  
    -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。 QLPb5{>KDS  
     ^ gMkQYo(#  
    S3?Bl'  
    图3
    3BZa}Q_  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 @sr~&YhA  
    "^froQ{"T  
    图4
    u?Uu>9@Z  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 jW8,}Xs  
    mi';96  
    图5 x]Pp|rHj  
    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： w *pTK +  
    ; _K3/:  
    图6
    UR|Au'iu  
    4.总结 BNw};.lO  
    q+Ec|Xd e  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 %&5PZmnW  
    De-hHY{>  
    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。 Ueb&<tS  
     L-9 AJk>V  
     
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