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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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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    i 558&:  
    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。 ^UCH+C yl  
    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。 }el7@Gv  
    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。     6Ki!j<  
    (kTu6t*  
    1. 建模任务 JIiS/]KQ  
      ;kzjx%h  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ri Z :#I  
    r2*8.j51  
    $b~[>S-Q  
    2. 方法 S6g_$ Q7  
     t6uYFxE  
    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： >PzZt8e  
    O9P+S|hcY  
     Z;<:=#  
    GT7&>}FJ)  
    {/j gB"9  
    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。 ~t<G gNI  
    %M3L<2  
    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。 uBK0+FLL@  
     .07"I7  
    = GyABK  
    [D+,I1u2h  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8_VGB0~3i  
    $1$0M  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 jddhX]>I  
    aGd wuD  
    1) 评估最大模式阶数 ?[uHRBR'  
    -{}h6r  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： O{EPq' x  
    x6)qs-  
    jGi{:}`lB  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,5V6=pr$  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 le' Kp V  
    Er;qs*f  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ,k_"T.w  
     Q6HghG  
    &b`'RZe  
    ?nPG#Z|%  
    1c{m rsB  
    2）设置多模高斯光源 k'_f?_PBu  
    _Vl~'+e  
     }h sNsQ   
    t7xJ$^p[|K  
    dl"=ZI '^  
    3) 设置优化函数 ttdY]+Fj  
    {i+ o'Lw  
    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)。 tz8 fZ*n  
    rFGPS%STS  
    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。 q1q 9W@H  
     ]ag{sU@#  
    ZH|q#< {l  
    ? )h8uf4  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ",&QO 7_  
    ZY8w1:'  
    v)T# iw[  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） h=S7Z:IaM  
    %W8iC%~  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 %Z4*;VwQ  
    X4 ] miUmh  
    a. 打开参数优化 8 R%<~fq r  
    0TaI"/ai  
    bf@g*~h@  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 {Ef.wlZ  
    eM{u>n+`F0  
    图2
    v$0|\)E)  
    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： =^GPQ_"  
    .;Mb4"7=  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） NTD1QJ  
    -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。 :Fm*WqZu  
     cE:s\hG  
    5q*s_acQ  
    图3
    QRvyaV  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 >I0;MNX  
    p:TE##  
    图4
    \c<;!vkZ04  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 $K!Jm7O\  
    $cIaLq  
    图5 z]r'8Jc  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： jhf# gdz%  
    \#(1IC`as  
    图6
    J/jkb3  
    4.总结 qF4tjza;k  
    jan}}7Dly  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ]7Du/)$  
    F$DA/{.D  
    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。 iMJt8sd  
     ;YR /7  
     
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