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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
    iSP}kM}  
    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。 Nsf>b8O  
    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。 xNd p]u  
    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。     |[_%zV;p>v  
    y*#YIS56I  
    1. 建模任务 ,;@v Vm'}  
     }'p"q )  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ mHyT1e  
    BUs={"Pa  
    <kCOg8<y :  
    2. 方法 Y|!m  
     QOR92}yC  
    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： &_$0lI DQ  
    <MyT ;  
     vR7S !  
    X> T_Xc  
    $ ~Ks !8'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。 6r.#/' "  
    3;JF 5e\?x  
    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。 9Ca }+  
     Sq SiuO.D  
    $@HW|Y  
    P84= .* >  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 P''>wjMH0  
    z2lT4SAv+  
    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。 #62*'.B4  
    [XhG7Ly  
    1) 评估最大模式阶数 Yosfk\D  
    YU`}T<;bg  
    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： f>iDq C4  
    7?;ZE:  
    %i) 0sE T  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 J9/EJ'My  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 - -\eYVh[  
    N*f ]NCSi  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 t"Bp # U1  
     ;efF]")  
    VGf&'nL@,  
    9tWpxrig%  
    PJO.^OsM  
    2）设置多模高斯光源 t$3B#=  
    ?3%r:g4  
     0g2rajS  
    X%$1%)C9  
    *nK4XgD  
    3) 设置优化函数 PpLiH9}  
    mM r$~^P:  
    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)。 i#aKW'  
    4F"%X &$  
    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。 CXBFR>"  
     5@J]#bp0M  
    bcUSjG>  
    qu\U^F  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 D_?dy4\  
    r PTfwhs  
    Ng2Z7k  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ?[|A sw1t  
    H.;2o(vD  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 HV'M31m~q  
    /BN=Kl]  
    a. 打开参数优化 Y4+ ]5;B8  
    Nt;1&dwUb  
    P:WxhO/  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 RG=i74a  
    gC F9XKW  
    图2
    e=s({V  
    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： dOK]Su  
    a)*(**e$*i  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） vQGv4  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Q-B/SX)!/  
     LLFQ5py{  
    KG4zjQf  
    图3
    ;<*%BtD?  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 B6j/"x6N15  
    liqVfB%  
    图4
    <(_Tanx9Q  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 l$ kO%E'  
    Fn0 |v66  
    图5 \mTi@T!&  
    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： |&@`~OBa  
    4 aE{}jp1  
    图6
    kT]jJbb"  
    4.总结 i&p6UU  
    .<E7Ey#  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 E,dUO;  
    `EfFyhG$  
    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。 3}8L!2_p  
     L]H' ]wpn=  
     
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