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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
    "alyfyBu'M  
    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。 ;<Ar=?  
    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。 fI{&#~f4C  
    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。     Sjv dirr  
    [|(N_[E|6  
    1. 建模任务 j bVECi-  
     :.Jf0  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ HCyv]LR  
    D~hg$XzK  
    &7PG.Ff!r  
    2. 方法 gtk7)Uh  
     /Z~<CbKKl  
    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： Cs9.&Y  
    xe{ !wX  
     pGJ>O/%  
    D8Ykg >B;&  
    #gz M|  
    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。 bCo7*<I4  
    DI:]GED" =  
    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。 $c 0h. t  
     }uJu>'1[G  
    v|uAzM{73  
    \fG#7_wt  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 #$18*?tLv|  
    7 n8"/0kc:  
    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。 F5P[dp-`1  
    wSa)*]%  
    1) 评估最大模式阶数 }=<  
    N5Q[nd  
    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： w_.F' E  
    &,zq%;-f  
    8K:y\1  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 NW]Lj >0Y  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 vHyC;4'  
    ~;l@|7wGz  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 :r{<zd>;  
     vB.E3r=  
    )J2mM  
    ,:%CB"J  
    "W6uV!  
    2）设置多模高斯光源 A\4D79>x  
    1eS&&J5  
     4Jp:x"w  
    7m4ao K  
    eD,.~Y#?=  
    3) 设置优化函数 GeyvId03H  
    cG[l!Z  
    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)。 .+PI}[g  
    .nrMfl_  
    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。 zQcL|  (N  
     Hx"ob_^'7  
     7''??X  
    B^4&-z2|  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 wjH zE  
    (?n=33}Ci  
    +ieY:H[  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） GWZ }7ake  
    TrlZ9?3#D  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 .YhA@8nc~l  
    |]jb& M  
    a. 打开参数优化 $Q&lSVQ  
    YWe{juXSw  
    *Fy2BZH%Q  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 00(on28b  
    <^&ehy:7y  
    图2
    Bal$+S  
    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： ]O]4z,n  
    Rw"sJ)/  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） r(:5kC8K  
    -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。 U;YC}r  
     N-G1h?e4  
    " un]Gc   
    图3
    xcd#&  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 bWH&P/>  
    RiDJ> 6S  
    图4
    SEo'(-5  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 sZjQ3*<-r  
    +[M6X} TQ  
    图5 o*-)Tq8GHE  
    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： I4'5P}1yp  
    =m!-m\B/  
    图6
    U_Vs.M.p  
    4.总结 C_( *>!Z%  
    /kE6@  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 @Pm>sY}d<I  
    N@2dA*T,  
    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。 +NeOSQSj  
     /$i.0$L  
     
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