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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

b|F_]i T  
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。 u4QPO:,a4  
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。 xE(VyyR  
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。
7kmU/(8  
z(]14250  
1. 建模任务 k fER  
1 FTxbw@  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? q]F2bo  
;O=tSEe  
H\]ZtSw8-  
2. 方法 S;DqM;Q  
D 3m4:z  
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: o.yuz+  
GtcY){7  
gf/$M[H!   
C.I.f9s?R  
vt0XCUnK  
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。 [<m1xr4"k  
J6Uo+0S  
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。 dL%?k@R  
FoY_5/  
IQ_2(8Kv  
J#DYZ>}Y  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Oga/  
aw9/bp*N  
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。 &Rw4ub3  
39| W(,  
1) 评估最大模式阶数 #" {wm  
#rSm;'%,  
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: * ^R?*vNs  
1eue.iuQ  
$j61IL3+  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 2QwdDKMS_  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 PCzC8~t  
9\9:)q  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 nNNs3h(Ss  
hl`4_`3y  
o HqBNTyH  
aewVq@ngq!  
??& Q"6Oe  
2)设置多模高斯光源 ,B|~V 3)(  
wZ7Opm<nt  
c#'t][Ii  
7: 7i}`O  
^ NZq1c  
3) 设置优化函数 J^tLKTB  
yVQ0;h  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 &%M!!28X:  
YlfzHeN1  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 'Fi\Qk'D@  
&''lOS|  
;.$AhjqiP  
N y_d  
b. 导入实际测量的远场光强分布 )C^ZzmB  
.Cq'D.  
F+yu[Dh:  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) V$U#'G>m  
#R2wt7vE  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 3[mVPV  
$['_m~ 2  
a. 打开参数优化 wrw4Uxq  
\09m ?;^  
* E$&  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 | Q0Wv8/  
a2J01B  
图2
IM-O<T6r[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: 7l Q@I}i  
9!CD25u  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) \NE~k)`4j%  
-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。 vjNP  
L1P.@hJ  
/2 V  
图3
AlZ]UGf^  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 p6)Jzh_/  
05o +VF;z  
图4
&y\7pAT\  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 IRWVoCc9/\  
?@n, 9!  
图5 B?bdHO:E~  
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: 2G=prS`s  
GYp}V0  
图6
 862e  
4.总结 ]7+9>V  
jP(|pz  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ~`Uil=  
_JEe]  
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。 P_(QG 6  
} O:Y?Wq^  
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