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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    oPKXZU(c  
    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。 CVXytS?@x  
    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。 %i)B*9k  
    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。     `P@- %T  
    Tp<k<uKD  
    1. 建模任务 hY<{t.ws  
     wcDjg&:=ml  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ X5g[ :QKP7  
    @tRMe6 4  
    #pdUJ2)yM  
    2. 方法 Ml>( tec  
     7m5Co>NkuK  
    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： r+<{S\ Q  
    bXM/2Z?6  
     =neL}Fav56  
    R|!B,b(  
    +Zk,2ri  
    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。 ZkB3[$4C=5  
    w?csV8ot  
    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。 !.fw,!}hOD  
     NHX>2-b  
    #G3N(wV3  
    i[semo\E  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 #f'DEo<b  
    TOI4?D]  
    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。 AW5iV3  
    0_eQlatb  
    1) 评估最大模式阶数 5nCu~<uJ  
    U=Bn>F}y\  
    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： f3WSa&eF  
    wz -)1!  
    ?)3jqQ.  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 BQ05`nkF  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 R_D c)  
    cQpnEO&SL  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 G@d`F  
     ~tm0QrJn/  
    bdc\  
    2pyt&'NJua  
    $R{8z-,Q  
    2）设置多模高斯光源 <xS=#  
    -.vDF?@G  
     F}ukZ DB  
    xQt 3[(Z  
    >R,?hWT  
    3) 设置优化函数 YT2'!R 1  
    VTe.M[:  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 I^Qx/uTKw  
    heD,& OX  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 =g@9>3~{!  
     q"aPJ0ni'  
    I>w^2 (y  
    iH)Nk^   
    b. 导入实际测量的远场光强分布 7$b?m6fmK  
    W$\X~Q'0  
    K^i"9D)A  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 4u:0n>nJ1  
    "zV']A>4H  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 V; 9 }7mw  
    )}X5u%woV  
    a. 打开参数优化 'm1.X-$V  
    |PM m?2^R  
    QdDtvJLf  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 MguL$W&l  
    {tzxA_  
    图2
    Mz|L-62  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： cNP/<8dq  
    B7 "Fp  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） \K`jCsT  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 l`rC0kJ]  
     8&a_A:h  
    *PB/iVH%6  
    图3
    =l|>.\-  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .S vyj  
    0o68rF5^s  
    图4
    <%,'$^'DS  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 {^&k!H2  
    rye)qp|  
    图5 :Ee?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： r>3^kL5UI  
    wA0eG@xi)  
    图6
    Kx]> fHK  
    4.总结 Dt {')  
    2YIF=YWO},  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 F X 1C e  
     <qn,  
    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。 Z t`j\^4n  
     tP]q4i  
     
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