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    [技术]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    在线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    63q^ $I  
    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。 2 Wt> Mi  
    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。 oRm L {UDZ  
    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。     b*;Si7-  
    j`JMeCG=Ee  
    1. 建模任务 $:=A'd2  
     +6sy-<ZL:  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ [;r)9mh7  
    <;9 I@VYK  
    '-r).Xk  
    2. 方法 ^nT/i .#_  
     !*s?B L  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ~ZmN44?R  
    :8L8q<U  
     chcbd y>C  
    gFeO}otm  
    R+2+-j4  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 \s/s7y6b+  
    h%o%fH&F!  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 RHaI~jb  
     .GsV>H  
    <Y*+|T+&d  
    (_niMQtF}  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8|):`u  
    k52/w)Ro,$  
    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。 Qi ua  
    Y'c>:;JEe  
    1) 评估最大模式阶数 KK1 gNC4R  
    q 0$,*[PH  
    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： G<At_YS  
    Uddr~2%(  
    4iqoR$3Fc  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 6TQoqH8@U  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 [="e ziM{  
    b=g8eMm  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 _g+JA3sIJ  
     xAqb\|$^  
    E[2m&3&  
    OP~HdocB  
    bt"W(m&f  
    2）设置多模高斯光源 B:dB,3,`(  
    9*2[B"5  
     H;?{BV  
    {v=T [D  
    gcE|#1>  
    3) 设置优化函数 Uo-)pFN^  
    !g?|9  
    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)。 ~rlB'8j(  
    t0/p]=+.p/  
    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。 {\S+#W\  
     FemC Lvu  
    CUO+9X-<8  
    VLS0XKI)  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Qt iDTr  
    fdxLAC  
    &)8:h+&Z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Y,GU%[+  
    u}>#Eb  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 LUG;(Fko  
    Fgkajig  
    a. 打开参数优化 vqnw#U4`  
    Ao&\EcIOT  
    -u&6X,Oq\u  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 n1qQ+(xC  
    |M>eEE*F<  
    图2
    FqkDKTS\&  
    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： H9KKed47d/  
    hhSy0  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） dA-2%uJ  
    -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。 kQ4dwF~  
     BHd&yIyI  
    6Se?sHC>  
    图3
    b^ L \>3  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 !zux z  
    Scp7X7{N  
    图4
    =7-9[{  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 M8INk,si  
    `Y BC  
    图5 Wc,_RN-  
    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： *Nw&_<\9Q  
    *n; !G8\  
    图6
    ~1cnE:x;V  
    4.总结 l=]cy-H  
    WzAb|&?  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 cnSJ{T  
    zw+B9PYqX  
    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。 H70LhN  
     rE i Ki  
     
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