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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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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    ,XU<2jv]  
    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。 vr"O9L w  
    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。 ka0MuQ M  
    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。     Dr)B0]KG  
     Vmt$]/  
    1. 建模任务 ^? }-x  
     0-6rIdDTM  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ]V^ >aUlj  
    ~m3Q^ue  
    n86LU Sj5  
    2. 方法 4}`z^P<C  
     ;?4EVZ#o  
    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： "Doz~R\\  
    -%,=%FBi~4  
     ]jjHIFX  
    Q WcQtM  
    #Pt_<?JtV  
    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。 3N257]  
    pLSh +*F  
    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。 k'QI`@l&l  
     g8k S}7/  
    2u Zb2O  
    SMo nJ;Y  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ,+~8R"  
    \(_(pcl  
    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。 CVE(N/&b  
    %tB7 &%ut  
    1) 评估最大模式阶数 y*=sboX  
    T[Lz4;TRk5  
    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： 'h R0JXy  
    F_G .$a Cc  
    (1 (~r"4I  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Hsn'"  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Wn2'uZ5If  
    bb  M^J  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 sKCYGt$  
     ml@;ngmp.  
    L I*=T   
    bFjH* ~ P  
    'Fy"|M;2  
    2）设置多模高斯光源 CFC15/yU  
     LAkBf  
     #N"m[$;QR  
    G9|2 KUG  
    h+=IxF4  
    3) 设置优化函数 eSQkW  
    ^hXm=r4ozR  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 k3K*{"z  
    oqAO@<dL!  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 kDol1v`  
     nrHC;R.nE  
    !wN2BCSY@  
    z%S$~^=b  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 C~egF=w  
    @^T~W^+  
    w? >f:2(=[  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） l^Ob60)2  
    4GbfA .u  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 %N)B8A9kh  
    $C.a@gm  
    a. 打开参数优化 EsGf+-}|!0  
    ((C|&$@M  
    d(|q&b:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 E*O($tS  
    !m^;wkrY  
    图2
    l]4=W<N  
    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： TG[u3 Y4  
    ckMG4 3i\j  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） +: x[cK  
    -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。 & XmaGtt  
     hw,nA2w\  
    Tf~eH!~0  
    图3
    ,VS(4  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 y_X jY  
    o2X95NiH  
    图4
    OHi.5 (  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _aR{B-E  
    9 wZ?")2  
    图5 g3].STz6w  
    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： Ie(i1?`A8  
    hH 5}%/vF  
    图6
    K(i}?9WD  
    4.总结 o!:Z?.!  
    XHekz6_  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 "h#R>3I1)  
    dpTsTU!\  
    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。 g!R7CRt%  
      +=jS!  
     
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