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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

cbN;Kv?ak}  
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。 _Jy7` 4B.  
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。 !O,Sq/=.  
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。
k&2=-qgVR  
#x;,RPw5  
1. 建模任务 `78Bv>[A  
DQT'OZ :w  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 8Qo'[+4;  
Aa=:AkrH  
\ ?pyax8  
2. 方法  D|)a7_  
3pg=9*{  
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: ]?pQu'-(  
]} dQ~lOE  
3 P9ux  
DmpT<SI+!  
U.KQjBi  
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。 |GtvgvO,  
 =*&[K^  
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%4=x>J-  
V:$+$"|  
In?=$_p  
12a`,~  
3. 在VirtualLab中的过程操作 'C/yQvJ  
wqhktgG  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 '`3#FCg  
XEgJ7h_  
1) 评估最大模式阶数 - 8p!,+Dk  
"!~o  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: -~mgct5  
#,%7tXOLR  
L.Qz29\  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Lm TFvZ  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 * :O"R  
;$QC_l''b  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 51SmoFbMz  
B1V{3  
H5T_i$W  
BH">#&j[  
|5bLV^mv]i  
2)设置多模高斯光源 d'RvpoM  
KNUK]i&L  
<7M-?g:vj  
#;$]M4  
(k?H T'3)  
3) 设置优化函数 }(oeNP M8  
x@t?7 o\&  
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)。 f#\YX tR,k  
K]hp-QK<  
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。 l4>^79**  
T#) )_aC  
d9K8[Q5^3  
{~3QBMx6  
b. 导入实际测量的远场光强分布 w G%W{T$  
BmG(+;;&  
A*EOn1hN  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) j*jUcD *  
?, S/>SP  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 !sb r!Qt  
|A%9c.DG.  
a. 打开参数优化 Ao\xse{E  
FACw;/rW  
c0wLc,)G  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ,nf}4  
~vTwuc\(H  
图2
'VV U-)(8  
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: GR|\OJ<2  
~q`f@I  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) DE.].FD'  
-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。 ")KqPD6k  
_DxHJl  
AL":j6!OQ  
图3
=!-}q  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +'8a>K^  
J0V m&TY  
图4
=`x }9|[  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 BP..p ^EPN  
*I :c@iCNJ  
图5 aV5M}:D  
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: OROvy  
0n:cmML )D  
图6
k, N{  
4.总结 A~xw:[zy$a  
he(K   
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 S ,F[74K  
'( I0VJJ   
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。 mr7Oi `dE  
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