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0kE[=#'.' 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。 #3&@FzD_P 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。 <*(Z}p 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。 !..<_qfw T\l`Y-vu 1. 建模任务 _uIS[%4g $.`o
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? K%z!#RyJ4 ,Z{\YAh1 _C !i(z!d 2. 方法 <,} h8;Fr *&_*G~>D 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: a-NTA 2*Qv6
:qK
zgb$@JC 94tfR$W;- As,`($= 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。 Y1PR?c
Q AB3_|Tza~& 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。 ?ko#N?hgI f.6>6%l @|
z _&E s)-oCT$[ 3. 在VirtualLab中的过程操作 a4*v'Xc5 dtTn]}J 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。 $_.t'8F S=qh7ML 1) 评估最大模式阶数 )9eIo&Nl sfXFh 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: F6\{gQ<E qAjtvc2 a/J<(sak~X nmax=x方向上光强极大值的数量-1 D3Q+K mmax=y方向上光强极大值的数量-1 zD{]3pg KIF9[/P 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 -@> {q/ 7H Har'=T u^2`$W #
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=j 'kd}vq#| 2)设置多模高斯光源 bn*:Bn1 ,.)wCZ,wca
Ud/>oaW?s 'cO8& | |1@O>GG 3) 设置优化函数 "|
nXR8t.r L)'G_)Sl 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)。 j<^!"_G]*? V(S7mA:T 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。 T@W:@,34 2C
S9v I\)`,w bDl:,7; b. 导入实际测量的远场光强分布 fK/: $LXa] Nc+0_|, 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) "c%wq0 wv\X VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 YmljHQP SdH=1zBc a. 打开参数优化 =4_}. +g1>h,K 3 k3Yu"GY^ 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 Z`-$b~0 6P{bUom? 图2 !U`4 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: x;vfmgty w{tA{ { -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) Fs]N9],=I -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。 |V34;}\4 A'EI1_3{ %H\b5&
_y 图3 Jh+;+" d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 hDXTC_^s t24`*' 图4 {a[BhK'g e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ILuQ.VhBVN 0AM_D >fH 图5 hb3n-
rO 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: Xqf\}p n J6#h~fp v 图6 S?v/diK ]J 4.总结 9a_P 9s3w SQ)BS/8A VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Z
`F[0- W ^<AUT 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。 2|k$Vfz =1[_#Moc6
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