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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
y\@;s?QL 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。 b\?#O} 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。 4#=!VK8ZH 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。 v.v3HB8p R< xxwjt 1. 建模任务 &^9>h/-XT s$:]$&5 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? S-yd-MtQp
BoIe<{X(9 $X~=M_W 2. 方法 c e=6EYl bTHa;* ` 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: Ze Shn >e-XZ2>Sj
=OO_TPEZ jO:<"l^+u Ed*`d> 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 <WBGPzVZE K{>O.5 VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 rmQGzQnun hY'"^?OP x_Ais&Gc eB$v'9S8/ 3. 在VirtualLab中的过程操作 oRWsi/Zf 6x/ X8zu 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。 7@tr^JykO #^#)OQq] 1) 评估最大模式阶数 "TjR]jnV( s[s 6E`Q 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: {Y'_QW1:2 nNilTJ
`O}.
.N]g nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \wDOE(> mmax=y方向上光强极大值的数量-1 5-mJj&0:! [V jd)% 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ~Nc]`95 7 cIVK}& qs-:JmA_w
[>_(q|A6+ MB "?^~Sm 2)设置多模高斯光源 [sKdIw_ m_Fw;s/9
(c[h,>`@: Y?%6af+ Ca1)>1Vz 3) 设置优化函数 Z p__ ~C!vfPC 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)。 %] #;
~I% p6HZ2Q:a 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。 \GvVs x(=kh%\;
f1~3y}7^Jq dU&.gFw1 b. 导入实际测量的远场光强分布 |[{;*wtv )7i?8XiSZF
'}rDmt~ 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) VhW;=y>} vy"Lsr3 VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 <hK$Cf_ q90S>c, a. 打开参数优化 o"]eAQ k=~?!+p7
ASYUKh,h 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 AV2q*
>6kWmXK[ 图2 ynDx'Q* N' 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 =\ YwF6/JA0^ -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) eh`V#%S= -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。 6/-!oo Fb``&-Qm:
!}3`Pl.(r 图3 \iL,l87 d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 =)zq%d?i;
5~44R@` 图4 0}^-, Q, e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 hx2C<;s4
KOmP-q=6 图5 b?bYPN+ 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: R Nv<kw
vXnpx}B 图6 :O!G{./(_ 4.总结 k0YsAa#6V I+CQ,Zuf VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 )R +o8C c0qv11,:t 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。 o6y,M!p@ XOeh![eMX
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