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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
    <{\UE~  
    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。 E3N4(V\*  
    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。 ii%n:0+zm  
    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。     mtEE,O!+  
    L|DSEth  
    1. 建模任务 qwka77nNT  
     hM*T{|y  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ #N-NI+qX  
    .MO"8}]8Z  
    m .2)P~a  
    2. 方法 *GsrG*OM*D  
     n*\AB=|X  
    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： =Ewa}$-  
    7S<Z&1(  
     7QiJ1P.z  
    1KxtHLLU  
    6"Tr$E  
    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。 Q"]C" ?  
    @:DS/#!  
    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。 SZ}t_w `  
     E&k{ubcT  
    [ @> 8Qhw  
    Py(l+Ik`>  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8;3T65KY  
    QsYc 9]:  
    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。 i3 k ',8  
    bHcb.;<  
    1) 评估最大模式阶数 1 sCF -r  
    UP:+1Sp9  
    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： }#@P+T:b  
    ff"Cl p  
    F' ZLN]"{  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 {]-nYHGL  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Xmy(pV!PF  
    ,*.C''  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 [_j.pMH/P  
     T8YqCT"EA<  
    x U1dy*-  
    Uc e#v)  
    R{.wAH(  
    2）设置多模高斯光源 avls[Bq  
    <R~(6krJwZ  
     6X5m1+ Oi^  
    lqPRUkin  
    >fo &H_a  
    3) 设置优化函数 ^sH1YE}0  
    {Z;W|w1t  
    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)。 _p{ag 1gP  
    Pw /wAUt  
    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。 dQA J`9B  
     ^~MHxF5d  
    /S9Mu )1Y  
    n2-R[W^  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 =fBJQK2sk  
    C%#C|X193  
    ?Z!itB~  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） l;Zc[6  
    ~;m~)D  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 0*:]eM};P  
    wSIt"g,%  
    a. 打开参数优化 aI|)m8 >)X  
    wlKpHd*  
    w _eu@R:u@  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 #f/-iu=L  
     wb4 4  
    图2
    6?}8z q[  
    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： Q+G=f  
    3SQ 5C' E  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Q*$x!q  
    -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。 !l6B_[!@  
     X?rJO~5  
    C&Nd|c  
    图3
    v}[KVwse  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ,`+y4Z6`W2  
    1[3"|  
    图4
    WF-imI:EK  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @u6#Tvxy[  
    9'//_ A,  
    图5 KU33P>a"[k  
    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?H f2']  
    cx_"{`+e  
    图6
    *N'B(j/  
    4.总结 IRo[|&c  
    pJ_Z[}d)c  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 N.eSf  
    LZ&CGV"Z-  
    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。 m/Yi;>I(  
     D>*%zz|  
     
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