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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
    j 0?>w{e  
    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。 85C#ja1&  
    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。 A^vvST%7  
    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。     ^2JPyyZa  
    *[ #*n n  
    1. 建模任务 =M7PvH'"  
     x\]z j!  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ w .l|G,%=  
    9<Ag1l  
    MA"#rOcP  
    2. 方法 id4]|jb  
     F,.Q|.nN  
    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： 3.~h6r5-  
    X#7}c5^Y  
     N1s.3`  
    #'iPDRYy  
    c.-cpFk^L&  
    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。 oB}K[3uB:t  
    '2xcce#  
    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。 4JSZ0:O  
     &/DOO ^  
    o oDdV >  
    8.-S$^hj~6  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 >\&= [C  
    ex=)H%_|  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ;,v.(Z ic  
    QSv^l-<  
    1) 评估最大模式阶数 mCK],TOA:  
    "Whwc   
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： *bU% @O  
    Ri[S<GOMii  
    _r[r8M B  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ZGzc"r(r:#  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 d[" x= [f  
    EqoASu  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 lh~<s2[R2  
     \d ui`F"Cc  
    C|9[Al  
    KZZOi:  
    wn{]#n=|l  
    2）设置多模高斯光源 r:.6"VQu}  
    "B~WcC  
     /[6:LnaE  
    C~{xL>I  
    K:uQ#W.&  
    3) 设置优化函数 .@Hmg  
    '%);%y@v  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 prqT(1  
    89db5Dx  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 4p?+LdL  
     -ywX5B  
    \u{Jf'g  
    iF8@9m  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 XRtyC4f  
    gj[z ka0_  
    pmoGudaRF  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） g(KK9Unu  
    nrI"k2oA@  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 QN3 qF|))  
    >G<4R o"  
    a. 打开参数优化 mn(/E/  
    Tm%WWbc  
    'w'Dwqhmr  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 v*smI7aH  
    !~?W \b\:  
    图2
    -e &$,R>;  
    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： $^] 9  
    =kwb` Z/a  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） >c}:   
    -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。 qwL 0~I  
     V[4(~,9  
    e',hC0&S  
    图3
    l#tS.+B7  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 i<'{Y  
    Tavtr9L0XY  
    图4
    j~X j  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 h_AJI\{"  
    ZYrKG+fkl  
    图5 ^xzE^"G6  
    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： u![4=w  
    6{cybD`Ef&  
    图6
    O\LjtMF  
    4.总结 |*lH9lWJ  
    [[#xES21F  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 5JO[+>  
    A"Tc^Ij  
    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。 3s3a>  
     &*X3c h  
     
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