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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
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/8 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。 F[am2[/<A 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。 b7-M'-Km0_ 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。 Y$JGpeq8w EHI%QT 1. 建模任务 )B"k;dLm 2S%[YR>> 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? h&5bMW
ctg U _{Z!$q6, 2. 方法 l$[7pM[ >-S? rXO 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: jGm`Qg{< SXqWq
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2fqg,_ r_R(kns 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 T'i^yd}*v HpLCOY1- VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Kd='l~rby 4Fu:ov
]M 6=pE5UfT .4CCR[Het 3. 在VirtualLab中的过程操作 y~ 2C2'7 F#b^l} 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 nm#ISueh L<D<3g|4 1) 评估最大模式阶数 q\DN8IJ nj1TX 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: kh4., \' C4[) yJ ~`Y!_ '(x nmax=x方向上光强极大值的数量-1 rtSG-_[i mmax=y方向上光强极大值的数量-1 EjA3hHJ hr@kU x 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 kuq&8f~! :
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REg&[e+% zi^?9n), 2)设置多模高斯光源 ApD`i+Y@ .IU\wN
*SK`&V \V(w= F G:t2ea 3) 设置优化函数 IRknD3LX BQ:hUF3 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 p3,m), &wa2MNCG8 a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ^j!2I&h1 MvKr~
Q]{ `m JT p+&NS b. 导入实际测量的远场光强分布 1j*E/L pi|=3W
`Sx1?@8( 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) fi~jT"_CI |yinV fZ0C VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ~@\sN+VS )Drif\FF) a. 打开参数优化 I=pFGU i7b^b>B|e
NmA6L+ 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 ffQm"s:P
*{("T 图2 Q_)$Ha{>H, 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: Qt\^h/zjG O)!S[5YI -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) :Vy*MPS5 -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。 ES\=MO5a7 b~*CJ8Ad
7Ucq(,\./ 图3 iN9G`qF3!Q d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 E*x ct-m#
ZY|$[>X! 图4 {G+iobQdd e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ^kK% 8 u
KPAvN M 图5 f28bBuv1? 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: ,1B`Ve
]*hH.ZBY"^ 图6 e^}@X[*'# 4.总结 "&/lF[q \hWac%# VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 B- D&1gO }]Nt:_UCX 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。 V KxuK0{ D\| U_>
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