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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
    aU.!+e%_  
    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。 5|}u25J  
    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。 i}f"'KW  
    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。     =pj3G?F#  
    IW}Wt{'m  
    1. 建模任务 ?{L'd  
     2H] 7=j  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,l,q;]C%  
    EKuLt*a/  
    VV[Fb9W ;  
    2. 方法 AnE] kq u  
     roi,?B_8  
    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： 6#:V3 ;  
    Vvv;m5.  
     |NTqJ j  
    wZ`*C mr  
    }Q^*Zq9-  
    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。 6@:<62!;  
    DHvZ:)aT}  
    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。 ?oV|.LM:W  
     5]kv1nQ  
    n b*`GE  
    {g4w[F!77  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 $&jVEMia  
    qd'Z|'j  
    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。 (BK_A {5  
    #g2&x sU  
    1) 评估最大模式阶数 _$8:\[J  
    qJ~fEX  
    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： SoFl]^l  
    u{sb^cmy  
    tu ;Pm4q7  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 0hXx31JN N  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 W]>%*n  
    (7$BF~s:,  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 SUvrOl   
     D mky!Cp  
    g^jTdrW/s  
    CFoR!r:X  
    L)9Z Op5  
    2）设置多模高斯光源 `Hu2a]e9  
    nYBa+>3BDf  
      niyxZ<Z  
    PH^Gjm  
    }Q6o#oZ  
    3) 设置优化函数 : Hu {MN\  
    #D ]CuSi  
    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)。 oDt{;S8|]  
    U?5G%o(q  
    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 !i`|]m  
     /*M3Ns1@2  
    \#N?  
    e:rbyzf#  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 5e?<x>e  
    _S-@|9\&#  
    ['K}p24,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） =u.23#.  
    D O||o&u  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 VZ 7(6?W  
    qN Ut&#  
    a. 打开参数优化 =NNxe"Kd;U  
    .2ZFJ.Z"  
    {&6i$4T  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 i;29*"  
    YJ~mcaw  
    图2
    Ua=r24fy  
    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： /fAAQ7  
    $>+g)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） }O| 9Qb  
    -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。 MGr e_=Dm_  
     (<e<Q~(  
    i1bmUKZ8'L  
    图3
    *O_^C  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ki1j~q  
    )V_;]9<wt  
    图4
    _,d<9 Y)  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Ji6.-[:  
    :l?mNm5  
    图5 hMV>5Y[s  
    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：  }Fox  
    }u{gQlV  
    图6
    {2i8]Sp1d/  
    4.总结 e,W,NnCICj  
    sc6NON#  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 l/\D0\x2  
    :)&vf<JL  
    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。 6GqC]rd*:  
     9b@yDq3hQ  
     
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