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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
    ^zr]#`@G  
    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。 )#l,RJ(  
    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。 ?krgZ;Jj  
    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。     ~ -hH#5  
    N2^B  
    1. 建模任务 <e&*Tx<8  
     Z[{: `  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ #7A_p8  
    P$=Y5   
    7}<05 7Xn'  
    2. 方法 g np\z/'>  
     Mo2b"A;}|  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： s~(iB{-  
    Ya)s_Zr7  
     8Dq;QH}  
    Jh'\ nDz@e  
    gqRwN p  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 &m6x*i-5\f  
    bLysUj5[5  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 B^SD5  
     @ 0RB.-  
    uI I:Y{G  
    nVC:5ie  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 zU'\r~c  
    cR1dGNcp/@  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 bVc;XZwI  
    m18If  
    1) 评估最大模式阶数 '}{J;moB  
    +)Pv6Zog[  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： *|RQ )  
    _/_1:ivY8  
    YEWHr>&Z  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 A qKl}8  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 I9`R L Sn  
    w$cic  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 =x4:jas  
     /QsFeH  
    2>3gC_^go  
    Xp=Y<`dX  
    w`vJE!4B  
    2）设置多模高斯光源 _|S>, D'  
    XLK#=YTI  
     ,))UQ7N  
    d))(hk:  
    \ :8eN}B  
    3) 设置优化函数 @83h/Wcxd  
    ,R1`/aRy  
    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)。 bc"E=z  
    &rX..l  
    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。 -}m#uUqI  
     UlHRA[SCv  
    Hut au^l  
    .[hQ#3)W  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 dUtxG ~9  
    oQC*d}_E}  
    /vl]Oa&U  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） uD&!]E3  
    h94SLj]  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 8{HeHU  
    *hAeA+:  
    a. 打开参数优化 PXcpROg56  
    z I`'n%n=  
    J_s?e#s  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 JbG\Ywi0]  
    zYdSg<[^  
    图2
    O`O{n_o^u  
    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： OE-$P  
    n37C"qJ/i  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ~1pJQ)!zlq  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 />XfK,c-  
     :b;2iBVB  
    _=jc%@]1y  
    图3
    >\K<q>*  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Qw^nN(K!>  
    GBvB0kC)c  
    图4
    ^ 3LM%B  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 -gh',)R   
    %5*gsgeI  
    图5 PGMu6$  
    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： |H5){2V>K  
    Z~8Xp  
    图6
    R:B-4  
    4.总结 1 ,oC:N  
    ]DdD FLM  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 k+44ud.j  
    qFW- ~T  
    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。 *}3e'0`  
     K;G1cFFyG  
     
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