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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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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    PU,$YPrZ  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 |idw?qCn  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 OqDP{X:  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     fglfnx0{  
    LtX53c  
    1. 建模任务 H\a"=&M  
     A]'jsv!+  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Q8AAu&te7  
    !rr,(!Ip?O  
    0"% dPKi  
    2. 方法 q)Nw$dW<  
     qD ?`Yd  
    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)qy5  
    oPr`SYB  
     |k90aQO  
    C$PS@4'U  
    WEe7\bWF  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 cPuXy e  
     jF0"AA  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 eBnx$  
     oo2d,  
    86 e13MF  
    bI|G %  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 th[v"qD9G  
    t~j 6wsx;  
    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。 l7qW)<r  
    y42 Cg  
    1) 评估最大模式阶数 }URdoTOvb  
    gAdqZJR%]  
    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： ]&]DF Y~n  
    r4X}U|s!0  
    =FhP$r*  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 aMhVO(+FW  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 0t^FM<7G  
    5kTs7zJ^  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 v { >3)$1  
     mLZ1u\ 7W  
    $$NWN?H~  
    2.niB>  
    b|Emu!9U  
    2）设置多模高斯光源 IoLi7NKw  
    ^wd@mWxx  
     sb{K%xi%  
    z80P5^9  
    d7vPZ_j^z  
    3) 设置优化函数 7[;!enO  
    ^_Hf}8H7]  
    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)。 f|q/2}Bqb  
    %5gdLm!p  
    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。 8A3/@Z;0S  
     Mww^  
    /Rq\Mgb  
    $YEm(:v$  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 l EFd^@t  
    %}9tU>?F#  
    37zB X~  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） /_qq(,3  
    l5Bm.H_  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 M.mn9kw`  
    /o;L,mcx*  
    a. 打开参数优化 9hIKx:XCg  
    kx;X:I(5&P  
    Z\CvaX  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 M<w.q|P  
    +zMPkbP6  
    图2
    ]64}Xob87_  
    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： J#Hh4Kc  
    JfN5#+_i  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） CXuD%H]tx  
    -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。 [G|.  
     gE2(E0H  
    5 qfvHQ ~M  
    图3
    Z?'CS|u d  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化  Ol }5ry  
    ^~[7])}g6  
    图4
    7 <^+)DsS?  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ~rBFP)  
    cRnDAn#42  
    图5 A{zqr^/h  
    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： lw9jk`7^  
    hUlRtt  
    图6
    AfTm#-R  
    4.总结 pKc!sd C  
    G7 UUx+X  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 03fOm  
    fg)*TR  
    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。 XZ |L D#  
     PK:Lv15"r  
     
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