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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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    光币
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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
    ?k dan  
    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。 0p]v#z}  
    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。 5Mz:$5Tm  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     _Wqy,L;J  
    v =d16  
    1. 建模任务 )M><09  
     {B-*w%}HU  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ i&YWutG  
    U0Uy C  
    Swr4De_5  
    2. 方法 `I.pwst8i-  
     s  }Ql9  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： }i{A4f `  
    k(he<-GF\  
     3$wK*xK  
    RdBIbm  
    J6Vx7  
    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。 YPW UncV  
    pX+4B=*  
    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。 UmR4zGM}  
     0j;q^>  
    McpQ7\*h  
    %=!] 1  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 E>+>!On)b  
    y @S_CB 47  
    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。 k%BU&%?1  
    te4=  
    1) 评估最大模式阶数 "}V_.I* +  
    4*&k~0#t  
    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： XO+rg&Pu  
    +Qf}&D_  
    P ^ 4 @  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 tuLNGU  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 0` .5gxm  
    $,yAOaa  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 AmC?qoEWQ7  
     G[1\5dK*uR  
    c]zFZJ6M  
    3~VV2O  
    Uo71C4ev  
    2）设置多模高斯光源 c_8<N7 C  
    FWA?mde  
     !I.}[9N  
    Pt f(p`  
    rtfRA<  
    3) 设置优化函数 $xWUzg1<U  
    z_N";Rn  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 \5 rJ  
    X8">DR&>Y  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 d$jwh(Ivs  
     iGkysU<wcp  
    4hODpIF  
    > K?OsvX  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 nwh@F1|  
    &a;?o~%*]i  
    a6-.|tt#t  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） /0 4US5En  
    QW$p{ zo  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 g4 eW<  
    +D:8r|evH  
    a. 打开参数优化 )Qd x  
    Mx$&{.LFJ  
    tM^4K r~o,  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 !Av9 ?Q:  
    DL?nvH  
    图2
    P6R_W  
    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： ,|B-Nq  
    S YDE`-  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） t2s/zxt  
    -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。 q;")  
     ? ep#s$i  
    Rh?bBAn8  
    图3
    tw>2<zmSi%  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 EgU#r@7I  
    JD~;.3$/k  
    图4
    ?)y^ [9  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 [104;g <  
    P=5+I+  
    图5 weSq |f  
    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： yB2h/~+  
    =I'3C']Z W  
    图6
    6FQi=}O1  
    4.总结 {@^;Nw%J  
    PmRvjSIG  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 1J4Pnl+hN  
    . \"k49M`  
    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。 U8w_C\Q  
     sfj+-se(K.  
     
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