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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
    h2>0#Vp3j  
    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。 `FwAlYJK  
    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。 mm8O  
    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。     v<wT`hiKW  
    Oc.>$  
    1. 建模任务 NEk [0  
     3Z0\I\E  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ lg1D>=(mY  
    Pz 'Hqvd  
    J[l K  
    2. 方法 BP6Shc|C  
     Fo#*_y5\  
    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： ( ~>Q2DS  
    p!ErH]lH  
     hd~rC*I  
    O^#u%/  
    UL%ihWq   
    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。 @-}]~|<  
    yKJ^hv"#  
    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。 wk#QQDV3|0  
     7 SZR#L  
    ;j=1 oW  
    B pT&vbY  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ]@YQi<d2^  
    gL`SZr9  
    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。 *$VurqLn  
    4lCm(#T{,  
    1) 评估最大模式阶数 9:o3JGHSc  
    GHY>DrXO1u  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： =&b[V"  
    =HHg:"  
    Q_.Fw\l$`  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 YqgW8 EM  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 CvJEY  
    \`ReZu$  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 =6&D4~R  
     5b p"dIe  
    s 'x mv{|  
    vuBA&j0C  
    <h9\A&  
    2）设置多模高斯光源 9DX3]Z\7X  
    -::%9D}P|  
     "'Uk0>d=_I  
    sdQv:nd'R  
    (_ah~VnO  
    3) 设置优化函数 ;!?K.,N:N  
    u7WM6X  
    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)。 i5Q<~;Z+  
    i&)C,  
    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。 @~3c"q;i7  
     Q%Q?q)x  
    4tJ4X' U  
    [t{ #@X  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 "%*lE0Tx  
    |wQZ~Ux:  
    P1stL,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） - oBas4J  
    DAHf&/J K  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 92VX5?Cyg  
    z/k~+-6O  
    a. 打开参数优化 K/v-P <g  
    Mk/!,N<h#  
    oh0|2IrM  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 h\*rv5\M  
    (!5}" fj  
    图2
    u%T$XG  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： g{)H" 8L  
    .y9rM{h}b  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） kah3Uhr~  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Kx 185Q'W  
     }"B? 8T@_~  
    8pMZ~W;  
    图3
    [=ak>>8  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 dIa(</ }  
    7h9[-d6  
    图4
    e$+f~~K  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 6Y_O^f  
    gq_7_Y/  
    图5 maUHjI 5A-  
    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： Rk jKIa  
    %>9+1lUhV  
    图6
    b}&7~4zw  
    4.总结 3^R][;  
    `Ivw`}L  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 LH/&\k  
    vgA!?P3  
    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。 a;'E}b{`F  
     CpRu*w{  
     
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