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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

&um++ \  
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。 9$ ;5J  
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。 $sda'L5^p  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
&l1t5 !  
Cd 2<r6i  
1. 建模任务 R P<M  
v#%rjml[  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? x"e;T,c  
Mh-"B([Z  
+u0of^}=  
2. 方法 *u"%hXR  
ofQs /  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: 7cGOJA5&  
!~~KM?g  
s_IFl5D]  
*af\U3kx  
yj4"eDg]  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 -@"3`uv"  
Kgr<OL}VJ  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 &'W7-Z\j-  
JR.)CzC  
C?gqX0[ q  
0j!3\=P$  
3. 在VirtualLab中的过程操作 18rV Acj  
;7:} iKU  
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。 xB Wl|j  
}'eef"DJ9  
1) 评估最大模式阶数 49=pB,H;H  
X1.-C@o  
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: >:6iFPP  
6GunEYK!N8  
[S,$E6&j$"  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 :a;F3NJ  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 4uOR=+/l  
~F'6k&A^q  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 $5 mGYF]  
e3SnC:OWf  
{. 9BG&  
>2{Y5__+e  
VtLRl0/  
2)设置多模高斯光源 (x2?{\?  
_F6<ba}o3  
erEB4q+ #O  
Ip{R'HG/  
VU,G.eLW  
3) 设置优化函数 <?7qI85OT  
1cOR?=G~  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ,M3hE/rb/  
7@<.~*Bl6  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 yor'"6)i  
MQwxQ{  
K^fs #7  
(_e[CqFu  
b. 导入实际测量的远场光强分布 >va_,Y}  
ZcXAqep8'  
GbQi3%  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) J"AR3b@,$?  
h^=;\ng1l  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 {FvFah  
<7 U~0@<Y  
a. 打开参数优化 rk1,LsZVS  
PEvY3F}_rh  
WBWW7HK  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 3Y38l P:>h  
 `qs,V  
图2
SDC|>e9i  
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: c46-8z$  
' J@J$#6  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) =_-u;w1D  
-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。 #8et91qw  
zz U,0 L  
h s',f  
图3
r!Dk_| Cd  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 s>6h]H  
>S:(BJMo  
图4
\09A"fs{  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 c@[Trk m  
O+o)z6(  
图5 $t%IJT  
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: Y ]()v  
=8 @DYz'  
图6
} KyoMs  
4.总结 Nksm&{=6S  
%.=}v7&<z  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 v>`Fo[c  
"G@K(bnHn  
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。 2JK '!Ry)  
Un K7&Uo  
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