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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
    #gT"G18/!  
    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。 {^(uoB C/  
    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。 Fj2z$   
    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。     :).NA ]  
    kaiK1/W0;  
    1. 建模任务 ys>n%24qP  
     jAue+ tB  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ z07&P;W!{  
    0bc>yZ\R  
    >3B {sn}  
    2. 方法 5#N<~  
     #1\`!7TO3  
    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： Y<(7u`F  
    -u<F>C  
     ]B3+& g  
    g\8B;  
    `w`N5 !  
    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。 ~<O.Gu&"R  
    OHj>ufwVq  
    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。 U<=d@knH  
     sJ^Ff  
    (|o @  
    8-7Ml3G*  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 3)LS#=  
    4F0w+w JD  
    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。 (Cq 38~mR  
    rP2h9Cb  
    1) 评估最大模式阶数 pY3/AO=  
    qC"`i}7  
    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： );TB(PQsBT  
    m9sck:g#L1  
    &qSf ~7/  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 DO-M0L  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 NIQ}+xpC  
    =_iYT044p  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 jPZ+~:m+  
     2)\MxvfOh  
    E'D16Rhp  
    Rx"+i0  
    eN </H.bm]  
    2）设置多模高斯光源 \b"|p%CL8  
    'nh2}  
     bpU> (j  
    '%ZKvZ-  
    zjcSn7iu  
    3) 设置优化函数 fQU_:[ Uz  
    )B&`<1Oie  
    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)。 ]+a~/  
    SSla^,MHef  
    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。 4gev^/^^  
     /ar0K9`c  
    =-/'$7R,  
    cC/32SmY4  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ,xrA2  
    J(!=Dno  
    Sw; kUJ  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 8(y%]#n  
    .=<s@Sg,t  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 e1JH N  
     "$J5cco  
    a. 打开参数优化 N#RC;  
    XRQ1Uh6  
    G4'Ee5(o  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )6X-m9.X  
    `+vQ5l$;L  
    图2
    bo<.pK$  
    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： ~8(Xn2  
    ,YBO}l  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Bfo#N31F}  
    -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。 5bXpj86mY  
     V6_":L"!  
    ia; osqW  
    图3
    _w %:PnO  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化  >Z3>  
    qa@;S,lp  
    图4
    Hhk`yX c_  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ]3='TN8aQF  
    S *J{  
    图5 "[fPzIP9  
    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<Mp$K^b  
    p$x>I3C(\  
    图6
    VB4V[jraCF  
    4.总结 U=j`RQ 9,  
    B:UPSX)A  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 X@Zt4)2#  
    %x@bP6d[  
    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。 3_boEYl0  
     R=, pv'  
     
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