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    [技术]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    '>r"+X^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。 u< .N\/  
    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。 NeY,Of|  
    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。     04R-}  
    \+sP<'~M  
    1. 建模任务 k%lz%r  
     w\ 7aAf3O  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ rfxLCiV  
    8Wyv!tL  
    fHwr6"DJ  
    2. 方法 QsH Fk5)  
     @60/IE{-v  
    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： a]_eSU@  
    8&9'1X5)8_  
     /|{~GD +A&  
    BA|*V[HBE  
    j4.deQ,  
    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。 !RwOU Ck  
    pwO U6A!  
    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。 n:[GK_  
     ;]Bkw6 o  
    :u>9H{a  
    En/EQ\T@F  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Og~3eL[1%C  
     6,;7iA]  
    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。 >0qe*4n|M  
    ]pP [0 S  
    1) 评估最大模式阶数 DG"Z:^`*  
    3F6=/  
    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： ,BG L|5?3z  
    Vtr5<:eEx  
    }H<87zH  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \@HsMV2+zN  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 wsLfp82  
    #q%V|Ajq  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 42mZ.,<  
     ..hD_k  
    w>ap8><4  
    <rpXhcR  
    r*t\\2  
    2）设置多模高斯光源 1ti4 ZM  
    y6S:[Z{~A  
     Z,jK(7D(  
    L H`z '7&/  
    Xi!`+N4  
    3) 设置优化函数 coQ>CbHg  
    K-b'jP\  
    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)。 sAz]8(Fi0  
    @ "=wn:O+  
    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。 _Y gvLz %  
     mlD 1 o  
    0QxE6>xL=  
    <ny)yK  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Zr.6J*&!  
    Tp?l;DU  
    5<y pK`Kq  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） lP:ll])p2  
    12,,gwh  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 NXw$PM|+R  
    Wa|lWIMK  
    a. 打开参数优化 x#{.mN  
    CAl]Kpc  
    z_LN*u  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (\M&Q-xZ  
    ,[{)4J$MV  
    图2
    CUR70[pB)  
    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： 9cm9;  
    "2'pS<|  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Tn7(A^h'  
    -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。 (;@\gRL  
     a5AD$bP  
    a!US:^}lu  
    图3
    'sCj|=y2Qc  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ZRd,V~iz  
    Y@Zv52,  
    图4
    &m>sGCZ  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 VTt{ 0 ~  
    +w]KK6  
    图5 {yPiBu  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： n(MVm-H  
    g}B|ZRz+{  
    图6
    DJmT]Q]o)  
    4.总结 mw*BaDN@Q  
    =R  <X!@  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 eaxp(VX?oy  
    s@ ~Y!A  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 O*ql!9}E{  
     8sG0HI$f+  
     
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