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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    IP LKOT~  
    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。 lm;Dy*|<  
    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。 "{;E+-/ aL  
    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。     t@&U2JaL>W  
    i/C`]1R/  
    1. 建模任务 Wbq0K6X  
     z4qc)- {L  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ :17Pc\:DS  
    _%@dlT?  
    %,1xOl4l  
    2. 方法 vGCvJ*4!  
     afw`Heaa2(  
    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： _o52#Q4   
    o2 ;  
     o7r7HmA@  
    -;:.+1   
    ]\C wa9  
    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。 >\7M f@c  
    22T\ -g{  
    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。 0h=}BCb+i  
     r4isn^g  
    }@y(-7t  
    `SH14A*  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 O"GuVC}B  
    ^Q\Hy\  
    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。 ` pYyr/  
    }Q?a6(4  
    1) 评估最大模式阶数 \{a!Z&df  
    /szwVA  
    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： ELN1F0TneH  
    ;e"dxAUe!^  
    {>3J96  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 AI^!?nJ%'  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 _UA|0a!-  
    y;if+  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ]#\De73K   
     Ei7Oi!1  
    q'Nafa&a)  
    (KLhF  
    TE5J @I  
    2）设置多模高斯光源 n *EGOS  
    .OpG2P  
     l$&dTI<#  
    w:pPd;nz0Y  
    :jf/$]p  
    3) 设置优化函数 LVNA`|>  
    2lCgUe)N  
    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)。 6lPuYEmT  
    fm^J-  
    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。 L)n_  Q  
     =.qX u+  
    i-}T t<^  
    M2$Hb_S{  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 rEMe=>^   
    P6I<M}p  
    }1DzWS-hh  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） HUChg{[  
    z1^3~U$}  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 o%,?v 9  
    wmA TV/  
    a. 打开参数优化 t#VX#dJ  
    25Ro )5  
    Q;s {M{u  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 s f.z(o  
    MH|F<$42  
    图2
    ^`[<%.  
    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： .EReYZO  
    lbX YWZ~7  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ucJ}KMz  
    -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。 :-WNw n  
     Na4O( d`  
    0CvGpM,  
    图3
    D59q/@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Peo-t*-06  
    k 1a?yH)=  
    图4
    h;#046-7  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 #].q jOj  
    >& 4):  
    图5 $)  M2  
    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： *fs[]q'Q  
    X`3_ yeQc  
    图6
    !C|Z+w9Y  
    4.总结 gj iFpW4  
    ,zuS)?  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 lQiw8qD  
    (?g+.]Dt,  
    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。 +p`BoF9~  
     Y<jX[ET!  
     
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