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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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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    ~'M<S=W  
    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。 KV0*dB;  
    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。 (xgw';g  
    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。     E{ /, b)  
     X}(s(6  
    1. 建模任务 nDn J}`k  
     kk fWiPO^  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ U7WYS8  
    T)P)B6q   
    V]|X ,G  
    2. 方法 @i#JlZM_  
     *}2L4]  
    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： izP )t  
    oq7G=8gTp  
     <7P[)X_  
    s{b\\$Rb  
    Zn9tG:V  
    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。 k`5I"-e  
    8"%Es  
    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。 96w2qgc2  
     !Cgj >=  
    hs7!S+[.$$  
    ZR1U&<0c@  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 [ar0{MPYd  
    eN])qw{  
    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。 xMr,\r'+  
    prZ ,4\  
    1) 评估最大模式阶数 mx^Ga=: ?  
    w_{tS\  
    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： ~| j  eNT  
    ?^voA.Bv<  
    .D@J\<,+l  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 X['9;1Xr  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 1AAyzAP9`  
    ]5'$EAsuW  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ~N!HxQ  
     Au,oX2$  
    8>YF}\D V  
    >Y>R1b%  
    %,bD| NKp  
    2）设置多模高斯光源 6*i **  
    `XxnQng  
     t@!n?j I  
    $Ivjcs:  
    vH+g*A0S<  
    3) 设置优化函数 ;M?)-dpZ  
    :)#;0o5  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 >._d2.Q'  
    n^nE&'[?0g  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 krfXvQJwJ  
     oz&`3`  
    9JFN8Gf*)  
    BpIyw  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ~&RTLr#\*M  
    *I 1H  
    ~xd?y*gk;  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） AYnPxiW|  
    Om*QN]lGq  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 wsmgkg  
    ^Wld6:L{I  
    a. 打开参数优化 V|u2(*  
    6nTM~]5.  
    (~DW_+?]'  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 brA#p>4]Wf  
    *?<N3Rr*  
    图2
    iaL@- dg  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： cUq]PC$|  
    _^E NRk@  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） nkHl;;WJ  
    -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。 h  /  
     |O(>{GH  
    2Wzx1_D "a  
    图3
    |2do8z  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 gBqDx|G  
    h:fiUCw  
    图4
    _*~F1% d  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 aMI;; iL^  
    XO]^+'U}p  
    图5 R&cT Md  
    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： )M0`dy{1  
    PIH\*2\/  
    图6
    +0Q   
    4.总结 \dHqCQ  
    =7V4{|ESfy  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 kgo#JY-4  
    J2qsZ  
    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%L!eR  
     |:S6Gp[\O  
     
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