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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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    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
    VzNH%  
    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。 o qTh )  
    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。 C8-q<t#SF  
    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。     F.6SX (x  
    #YV;Gp(2h  
    1. 建模任务 P^r8JhDJ  
     }s9J+m  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ~M=`f{-$K  
    W@LR!EW)  
    (TsgVq]L  
    2. 方法 W*#/@/5  
     \(s ";@  
    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： R8]bi|e)  
    [&&4lKC}u  
     6C=.8eP  
    +-i@R%  
    e wR0e.g  
    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。 V"z0]DP5~  
    w ;O '6"  
    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。 ]cK@nq)  
     )XWL'':bF  
    q^)(p' X  
    %\u>%s <9  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 YrX{,YtiX  
    1{qg@xlj  
    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。 iW)Ou?aS  
    ?UzHQr  
    1) 评估最大模式阶数 Z(cgI5Pu  
    %$U+?lk}  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： g|Cnj  
    &+p07  
    `CBTZG09  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 qp8;=Nfa  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Yi3DoaS;"  
    78kk"9h'  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 aE}u5L$#  
     i@6 kI C  
    E6uIp^E  
    YR>xh2< 9  
    u=5^xpI<D  
    2）设置多模高斯光源 tBt\&{=|D  
    & |r)pl0$  
     00ho*p!E'  
    iD9GAe}x  
    gw-l]@;1  
    3) 设置优化函数  .*+ &>m7  
    &F)lvtt|  
    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)。 wcO_;1_ H  
    ;)*Drk*t,  
    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。 `%VrT`  
     #F kdcY  
    >A6lX)  
    zc_3\N  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 IcN|e4t^J+  
    8Vp"}(Q  
    I#0$5a},u^  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 3Dy.mtP  
    `R\0g\  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 5_PD ?lg  
    z`W$/tw"  
    a. 打开参数优化 z;LntQZp-  
    '<O& :  
    @jfd.? RK!  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 DLVf7/=3~  
    h c "n?  
    图2
    )7f:hg  
    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： k&^fIz  
    AO/R 2a(:  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） W,vb7v'  
    -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。 ~<aCn-h0  
     9d v+u6)  
    \ FA7 +Q  
    图3
    E/ Pa0.  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Xln'~5~)  
    6+>q1,<  
    图4
    v vFX\j3  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 yzYPT}t  
    6HyQm?c>a  
    图5 3S Dw-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： ibh!8"[  
    >n#Pq{7aF  
    图6
    mwBOhEefNJ  
    4.总结 s i C/k*  
    6j0!$q^  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 NcdOzx>  
    ,+0_kndR  
    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。 6B&':N98  
     8{'L:yzMY  
     
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