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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
    -a:+ h\K  
    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。 },9Hq~TA  
    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。 W]E6<y'  
    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。     '0QrM,B9  
    oujg( ^E  
    1. 建模任务 G'b*.\=  
     E^kB|; Ki  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 8Jnb/A}  
    (> O'^W\3p  
    y[M<x5  
    2. 方法 $ M?VJ\8  
     S<Z]gY @c  
    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： ;hP43Bi  
    &h1.9AO  
     s;!TB6b@  
    U .?N  
    %j3XoRex><  
    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。 tkT:5O6  
    mS)|i+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。 s~N WJ*i  
     +T]/4"^M  
    BYjEo  
    `[) awP  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 X>}-UHKV+  
    z%ZAN-  
    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。 NP }b   
    Zy !^HS$  
    1) 评估最大模式阶数 QD6<sw@]P  
    @smjXeF o  
    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： L1P.@hJ  
    S\$=b_.  
    )"W__U0  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 zfS0M  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 .g Z1}2GF=  
    ^FO&GM2a  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 jVA|Vi_2  
     < cNJrer  
    IIj :\?r  
    ,x (?7ZW>  
    B=vBJC)  
    2）设置多模高斯光源 c, IAz  
    V{qpha4'P  
     42E%&DF  
    i n $~(+  
    mbSG  
    3) 设置优化函数 yLpsK[)}\  
    r Uau? ?  
    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)。 8.`*O  
    ' ozu4y  
    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。 wk+| }s  
     92F 9)S{"  
    nF"NXYa  
    (U`<r-n\n  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 V -X*e  
    7XM:4whw  
    -l(G"]tRB  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） zCz"[9k  
    3Gk\3iU!  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 o5h*sQ9  
    h#:_GNuF  
    a. 打开参数优化 lf`" (:./  
    dbe\ YE  
    kleE\ 8_  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 |BA&ixHe~C  
    @~ 6,8nQ  
    图2
    /#Fz K  
    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： . DrGr:UW  
    $cSmubZK  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） u.yjk/jF  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ka c-@  
     3[*x'"Q;H  
    DeK&_)g| Z  
    图3
    xoe/I[P]U  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 '.gLqm}%  
    52P^0<Wq  
    图4
    HrK7qLw7  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 {3@"}Eh  
    wn Q% 'Eo  
    图5 rds 4eUxe  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： APUpqY  
    #&sw%CD  
    图6
    Xh?J"kjof  
    4.总结 =WEWs4V5A  
    P0c6?K6 j  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Hfo/\\  
    .VA'W16  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 bbG!Fg=qQ?  
     pY$DOr- r`  
     
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