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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

`r`8N6NQ&]  
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。 ZD]1C ~)  
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。 uw}Rr7q  
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。
iAwEnQ3h  
+(3_V$|Dv  
1. 建模任务 j<B9$8x&  
5`QcPDp{z  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? KUAzJ[>  
Q5+1'mzAB  
Gmz^vpQ]t  
2. 方法 5I622d  
{ qNPhi  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: P=QxfX0B  
2*|T)OA`m,  
a#YK1n[!  
Hc)z:x;Sj  
%;,fI'M  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 ^,>w`8  
.A2$C|a*  
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。 b dgkA  
@NiuT%#c  
Jj"{C]  
HZyA\FS  
3. 在VirtualLab中的过程操作 uzy5rA==  
oJ74Mra  
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。 qb>41j9_t  
jx: IK  
1) 评估最大模式阶数 j[G`p^ul  
`^bP9X_a  
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: 9L=mS  
)kpEcMlR  
qO#3{kW  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 uE-(^u  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 d1<";b2Jt^  
_%w680b'  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 v/+ <YU  
2{-29bq  
?d7,0Ex P  
KGz Nj%  
$%y q[$^  
2)设置多模高斯光源 RY , <*  
i\i%Wi Rl  
M.W X&;>  
t#k]K]  
p5G'})x  
3) 设置优化函数 QL?_FwZL  
9`tK 9  
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)。 R'>!1\?Iq  
(8d uV  
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。 i}-uK,^  
(jT)o,IW&  
"tJ+v*E  
smP4KC"I(d  
b. 导入实际测量的远场光强分布 <LHhs <M'  
x/*lNG/  
5S~ H[>A"  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) #[+# bw_6  
3_(_yEKx  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 g6GkA.!X$  
:gVUk\)  
a. 打开参数优化 OM86C  
 ;Shu  
ZT0\V ]!B  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 J<$@X JLS  
akj<*,  
图2
spEdq}  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: UcRP/LR%C  
TZn 15-O  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) %w;qu1j  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 g`Z=Y7jLH  
CMt<oT6.?  
iC"iR\Qu  
图3
8q2a8I9g  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 x~5uc$  
As:O|!F  
图4
vObZ|>.J~O  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 MpV<E0CmE  
p.DQ|?  
图5 6Yu:v  
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: -F5B Jk  
ACszx\[K3  
图6
PDNl]?  
4.总结 3I6ocj [,  
BU`X_Z1)  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ?CpVA  
Aoe\\'O|V  
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。 ?nU<cxh  
8mI(0m'  
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