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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

}I|u'#n_  
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。 iLP7!j  
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。 7{e{9QbJ4  
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。
=9oP owq  
C{sLz9  
1. 建模任务 /MY9 >  
GRb*EeT  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? gmIqT f  
+4[^!q* H  
rg0m a  
2. 方法 R>DaOH2K*  
sK{l 9  
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: vS\%3A4^+5  
A(?\>X 9g  
;\EiM;Q]  
mRB   
,yd MU\so(  
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。 j4?@(u9;j  
u` oq(?|  
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。 o]nw0q?  
NCxqh<  
 `:P  
d(g^M1 m  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ~m|Mg9-  
u0P)7~%  
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。 u6`=x$&  
GN KF&M  
1) 评估最大模式阶数 e[sK@jX6  
N`)$[&NG]  
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: 763+uFx^  
e]jH+IR:>  
4iW'kuK  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 2o>)7^9|#<  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 TCT57P#b  
-n'F v@U  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 \*,=S52  
Wf{O[yL*  
,K:ll4{b  
m*$|GW9  
 ;raN  
2)设置多模高斯光源 .uNQBBNv  
h"H2z1$  
Cy*|&=>j  
qlA7tU2p&  
<hwy*uBrD  
3) 设置优化函数 E*#]**  
#Rg|BfV-  
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)。 w.& 1%X(k  
)xb|3&+W  
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。 WM)-J^)BJ  
zG e'*Qei  
 [ `]4P&  
_|"Y]:j_  
b. 导入实际测量的远场光强分布 #2`D`>7456  
R\XKMF3mN3  
.S(,o.  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) U^qt6$bK  
*>VVt8*Et  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 cUDoN`fSl,  
0%) i<a!_Z  
a. 打开参数优化 9b?SHzAa  
xQw7 :18wQ  
bFA!=uvA  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 {QCf}@_]h  
_z[#}d;k  
图2
 iD= p\  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: QXF aAb=(7  
;/j= Ny{9  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) y>*xVK{D  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 `# sTmC)  
a,78l@d(  
&YDK (&>  
图3
iMfngIs |  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 6%Be36<  
O$IjN x  
图4
vSonkJ_  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 -48vJR*tC  
g#]wLm#  
图5 eHDef  
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: p _d:eZ  
"TH6o: x  
图6
~q&pF"va8  
4.总结 LHJ":^  
c$wsH25KH8  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 5XLs} :  
si4don  
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。 WoxwEi1~0  
*'"^NSJ  
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