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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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    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
    Wu)>U  
    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。 1~ $);US  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 9W5onn  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     |d6T/Uxo  
    |p$spQ  
    1. 建模任务 43V}# DA@  
     a#T]*(Yq)  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ \@&_>us  
    86 W0rS[5  
    V ]90  
    2. 方法 If%/3UJ@  
     cyJG8f  
    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： %Qk/_ R1   
    :kfp_o+J  
     [ Bl c^C{f  
    Xy%p"b<  
    KD^N)&k^Kp  
    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。 1yqJwy;X  
    O#Wh TDF"  
    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。 &HSq(te  
     )Wb0u0)_  
    aM4k *|H?  
    ``E/m<r:$  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 s=42uKz  
    Mfv1Os:ST  
    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。 fA89|NTSUh  
    U!Ek'  
    1) 评估最大模式阶数 N!`e}Z6S  
    d|4}obCt  
    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： }pJwj  
    ;j2vHU#q-  
    ;qBu4'C)T  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ]5%/3P,/  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 8mQmi`  
    bu51$s?B  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 \(%Y%?dy  
     B-l'vVx  
    IIyI=Wl pG  
    H'HSD,>(  
    36am-G  
    2）设置多模高斯光源 u_rdmyq$x/  
    o: ;"w"G  
     *_?dVhxf  
    @$T 9Ll  
    ,*7d  
    3) 设置优化函数 v%ioj0,  
    >a}f{\Q  
    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)。 <\;#jF%V  
    : >>@rF ,  
    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。 (T2m"Yi:  
     r7',3V  
    8.[SU  
    be +4junf  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 }*L(;r)q  
    %AQIGBcgL  
    )&!&AlLn  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 3$X'Y]5a  
    -{ZWo:,r~q  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 B7!3-1<k>  
    8(* [Fe9  
    a. 打开参数优化 9V5-%Iv  
    x*/S*!vx\  
    xt*u4%  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 73){K?R  
    @*sWu_ -Y%  
    图2
    AnT3M.>ek  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： _8E/) M  
    e;(0(rI  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） w4gg@aO  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 !/wtYI-`  
     IC7M$  
    V5rS T +  
    图3
    %V nbmoO  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 )Eo)t>  
    w`5xrqt@  
    图4
    0L/n?bf  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 " W|%~h  
    ,S!azN=  
    图5 eow'K 821A  
    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： y`=]T>X&x  
    <%" b9T`'  
    图6
    d m`E!R_  
    4.总结 lg&t8FHa;  
    qo|WXwP2  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ~Rr~1I&mR,  
    4H/fP]u  
    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。 ,l)^Ft`5  
     zOiu5  
     
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