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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
    {T;A50  
    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。 Cu2eMUGt  
    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。 k@}?!V*l  
    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。     C1V:_-  
    ,[gu7z^|  
    1. 建模任务 }uZtAH|  
     B!PT|  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ W~" 'a9H/  
    w_gFN%8  
    WA'4y\N  
    2. 方法 YJ6y]r K2,  
     pt/UY<@yoN  
    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： [nSlkl   
    F+!w[}0  
     L>trLD1pt  
    `Zdeq.R]  
    adCTo  
    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。 *8I+D>x  
    B|fh 4FNy  
    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。 $m hIX A.  
     <R;t>~8x  
    M53{e;.kN  
    W't?aj I|  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 N<d0C  
    1\t#*N  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 b-/8R|Mem  
    X=1Po|  
    1) 评估最大模式阶数 {zck Y  
    H$@5\pP>  
    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： 7%MD0qm-  
    9~rrN60Q  
    k vu SE  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ^i"~6QYE  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 bmid;X|  
    !^Ly#$-X  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 SlaHhq3  
     ~10>mg  
    `] fud{  
    W{El^')F  
    ;q"Yz-3  
    2）设置多模高斯光源 9Z[EzKd<~'  
    }CM</  
     hx.ln6=4  
    Yl$R$u)  
    `SfBT1#5G  
    3) 设置优化函数 If*+yr|  
    7]8nW!h;  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 bb4 `s0  
    #F^0uUjq  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 -qJ%31Mr#  
     =xs"<Q*w>  
    >N bb0T  
    sw\O\%^  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 cWU9mzsE  
    K*/X{3J;  
    W2`/z)[*>  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） \/8oua_)  
    Sb|9U8h  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 au;ZAXM|  
    o,q47W=7$  
    a. 打开参数优化 vVy X[ZZ  
    xb (Cd  
    @ L=dcO{r  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 qib4DT$v-6  
    c$fYK  
    图2
    \i.Yhl:O  
    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： ~Qm<w3oy  
    = }!4%.$  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） EpCT !e  
    -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。 L60Sc  
     2FxrjA  
    `Ei:Z%@7C  
    图3
    L5RBe  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 5*hA6Ex7  
    w|G4c^KH  
    图4
    tj1M1s|a  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 N]|P||fC  
    )KbzgmLr  
    图5 K^Ixu~  
    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： r^ Mu`*x*  
    ^fqco9^;  
    图6
    2'-!9!C  
    4.总结 8`Iz%rw&(J  
    sMDHg  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 *1b1phh0/  
    iebnQf  
    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。 ]b&O#D9  
     o/\f+iz7  
     
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