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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

YP,PJnJU8  
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。 "_j7kYAl  
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。 K7c8_g*>4=  
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。
kVv <tw  
beE%%C]X  
1. 建模任务 `WS_*fJ5  
F.D1;,x  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? /p0LtUMu  
#7h fEAk  
KCE-6T  
2. 方法 u0b-JJ7)BQ  
Vz]=J;`Mz  
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: P*Sip?tdE  
~+yo;[1Yc  
ZiYzsn  
t}*!UixE  
z&,sm5Lb  
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。 :OaQq@V  
7,UFIHq  
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。 8T )ELhTj  
}F6b ]  
#`0z=w/)  
v:1Vli.  
3. 在VirtualLab中的过程操作 AiK4t-  
bCUh^#]x  
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。 E=lfg8yb:  
6F/ OlK<  
1) 评估最大模式阶数 F{~r7y;0  
sNmC#,  
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: DeQ'U!?+N  
#'J7Wy  
Ds,"E#?  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 )h_ 7 2  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 x~Ly$A2p  
8;f<qu|w  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 7C7(bg,7^  
C| IQM4  
NG!cEo:2aa  
&t|V:_?/x  
AnE_<sPA  
2)设置多模高斯光源 ^ O Xr: P  
I+j|'=M  
`e'o~ oSu  
:Z]hI+7  
],}afa!A  
3) 设置优化函数 Dw/Gha/  
p2c=;5|/Q  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 HZ<f(  
Nk7eiQ  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ivUsMhx>S,  
} .H Fm'p  
ctUF/[_w;  
.UhBvHH  
b. 导入实际测量的远场光强分布 +b,31  
~UJu @M  
0.BUfuuh  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) n:^"[Le  
rq(~/Yc  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 4lh   
51ajE2+X&  
a. 打开参数优化 l@Eq|y,  
|N=@E,33  
D"x$^6`c}  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 VkTlPmr  
I~]Q55  
图2
!,6v=n[Nz  
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: 6mF{ImbRbS  
#[U 9(44,  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) csdOIF  
-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。 x'@32gv  
SA(UD   
/\-2l+y>J  
图3
e\A(#l@g  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 rZ!Yi*? f  
Tn@UX(^,  
图4
DD@)z0W  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :zj9%4A  
K{ zCp6  
图5 ,XeyE;||  
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: +w k]iH  
O/D Af|X|  
图6
@3 -,=x  
4.总结 $c@w$2  
(@KoqwVWc  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Q$|^~  
yV J dZI  
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。 }x kLD!  
<2)s<S.;  
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