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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

>: Wau  
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。 {C3Y7<  
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。 bF-"tm  
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。
"![L#)"s  
l=={pb  
1. 建模任务 j6YiE~  
m%r/O&g  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? E>uVofhml  
A :e;k{J  
 jNyoN1M  
2. 方法 wCKj7y[  
PK2~fJB  
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: @g-Tk  
MaY682}|y  
q|(W-h+  
%,q. ),F  
<L0#O(L  
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。 o l ({AYB  
=Lp7{09u  
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。 A\sI<WrH  
rf K8q'@  
.*/Fucr  
9 c3E+  
3. 在VirtualLab中的过程操作 #JW+~FU`  
S: :>N.y  
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。 ;;U :Jtn2  
<V&5P3)d9  
1) 评估最大模式阶数 zJN7<sv  
-ysn&d\rV  
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: A%bCMP  
C NrII sJ  
)A8v];.]3  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 _^ |2}t  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 nv/[I,nw  
ku&k'V  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 jLVl4h&  
f'Mop= .  
iz[gHB  
WcUJhi^\C  
n6Z|Q@F  
2)设置多模高斯光源 {S.>BXX  
hpbf&S4  
\?fIt?  
y/_XgPfWU  
C(?blv-vM0  
3) 设置优化函数 !nf-}z e{  
\IM4Z|NN"  
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)。 t67Cv/r~  
]$iqa"{  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 J$ut_N):N  
\,G#<>S  
evuZY X@  
-G|a*^  
b. 导入实际测量的远场光强分布 eVh - _  
ssQ BSbx  
",qU,0  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) b{7E;KyY,  
tln37vq  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 Am4lEvb  
%eWqQ3{P]  
a. 打开参数优化 w}cY6O,1  
va)%et0!  
Q / x8 #X  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 afG{lWE)  
(8a#\Y[b  
图2
i b6^x:HGU  
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: [1G^/K"  
u{H?4|'(  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) |AZW9  
-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。 |UnUG  
5z$,6T  
V4w=/e _  
图3
"y?\Dx   
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 `TLzVB-j3  
k=ytuV\  
图4
S_(d9GK<  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 '-$XX%TOAc  
]3{0J  
图5 coE&24,0  
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: j{++6<tr  
a6xj\w  
图6
uq3{h B#  
4.总结 mB'3N;~  
&]6) LFm  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {}~:&.D  
$^/0<i$   
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。 _u0$,Y?&|  
m!n/U-^  
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