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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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    5734
    光币
    22822
    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    v@SrEmg  
    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。 Vs(Zs[  
    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。 2b` M(QL  
    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。     IKp x~  
    a{.n(M  
    1. 建模任务 &<b7T$c  
     $^ 3 f}IzA  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ haK5Oe/cE  
    0R%58,R  
    ,gD i)]  
    2. 方法 8{ e 3  
     Ik)Q0_<a  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： bJ}+<##  
    !A0bbJ  
     O, 6!`\ND  
    s``L?9  
    Z:Am\7 I  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 <3CrCEPC  
    vBXr[XoC  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 _s,svQ8#  
     P dnK@a  
    C[,-1e?  
    %V/]V,w:*R  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 =c 4U%d2  
    >fQN"(tf  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ; & +75n  
    t]XJ q  
    1) 评估最大模式阶数 c5pG?jr+d  
    (5 hu W7v  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： u>#'Y+7  
    (#lS?+w)  
    "(GeW286k  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 fOAb?:D  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]Hq%Q~cE  
    !y.7"G*  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 r>o6}Mx$  
     :f:C*mYvu  
    Z0KA4O$eL  
    [j39A`t7 o  
    Hy'&x?F6  
    2）设置多模高斯光源 "?-s Qn  
    Tr)[q>  
     ~~mQ  
    l:HuG!  
    )-gyDA  
    3) 设置优化函数 g= 8e.Y*Fr  
    =j-{Mxb3  
    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)。 6yqp<D0SP)  
    8qveKS]vZ  
    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。 \)*qW[C$a  
     9"TPDU7"  
    }$jIvb,3?  
    (B5G?cB9  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Lq.k?!D3uh  
    A:(uK>5{Kk  
    =9-c*bL  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） aoN[mV '  
    e6Y0G,K  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 t*#T~3p  
    ::6@mFLR  
    a. 打开参数优化 D@e:Fu1\R  
    KMa?2cJH#  
    3;A AC (X  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ?FyA2q!  
    #"l=Lv  
    图2
    t"Rn#V\c."  
    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：  OxRzKT  
    W;7cF8fu4  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） eo !{rs@f  
    -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。 ja2LXM  
     ~<-i7uM  
    ~7|z2L  
    图3
    ~p&sd)  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 e8Jd*AKjb  
    NeH^g0Q2,g  
    图4
    v2NzPzzyb  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 NR" Xn7G  
    SX#ATf6#  
    图5 t+t&eg  
    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： G"]'`2.m  
    :|bPr_&U$  
    图6
    %5b2vrg~*  
    4.总结 ^+88z>  
    {.v+ iSM  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 pnWDsC~)  
    pV_2JXM~@  
    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。 ==& =3  
     09r.0Ks  
     
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