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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

zD<or&6  
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。 "I QlVi  
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。 |_yYLYH'   
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。
9D4NX<_  
hiUD]5Kp  
1. 建模任务 yR4|S2D3xn  
#y%!\1M/:A  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? n(el]_d  
5sb\r,kW  
IV)<5'v  
2. 方法 P><o,s"v  
PTEHP   
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: kS!viJwtT  
VH[hsj  
v.]Q$q^  
0$-xw  
W>O~-2  
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。 ,13Lq-  
N"3b{Qi o  
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。 W]nSR RWco  
t1%_DPD%W  
A7n\h-b  
nH<eR)0  
3. 在VirtualLab中的过程操作 DS'n  
Z"AQp _  
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。 Iyyh!MVF  
Rb{U+/gq  
1) 评估最大模式阶数 M`l.t -ut  
]Ei0d8Uo  
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: |Z*J/v'@p  
qu-/"w<3$  
DrO2y  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ~SnSEhE  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 PoT`}-9  
QV&D l_  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 smry2*g  
o5Q{/  
19j+lCSvH  
1Y]TA3:  
_C`K*u 6Z<  
2)设置多模高斯光源 />9O R  
Y k5 }`d!:  
mzf+Cu:` v  
EeF'&zE-  
0eS)&GdR  
3) 设置优化函数 >`%'4<I  
$9ky{T?YG  
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)。 mD/MJt5  
>J>b>SU=-  
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。 0JJS2oY/  
 $O dCL  
()3O=!  
}~Af/  
b. 导入实际测量的远场光强分布 1rDqa(7  
g'|MA~4yB  
6%VV,$p  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) p f_mf.  
14"J d\M8  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ?|ZTaX6A  
#Z<a  
a. 打开参数优化 J|w)&bV  
txPIG/  
$VxA0 =ad  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 )u qA(R>  
78/N   
图2
17OH]  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: ._+J_ts  
PxfY&;4n!  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) rrCNo^W1  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 W[}s o6  
xu'yVt9RC  
| a# f\  
图3
QurW/a  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 //4Xq8y  
/mK?E5H'r1  
图4
FSRj4e1y1  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 gB4U*D0[e~  
h)Ff2tX  
图5 NmSo4Dg`U  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: j8sH#b7Z  
Rv/Bh< t  
图6
+(+Itmx2&  
4.总结 hsw9(D>jp  
Bk+{RN(w  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 "1-}A(X  
 ]$,UPR/3  
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。 -@Uqz781  
FEJ~k1z  
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