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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

y\ @;s?QL  
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。 b\?#O}  
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。 4#=!VK8ZH  
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。
v.v3HB8p  
R< xxwjt  
1. 建模任务 &^9>h/-XT  
s$:]$&5  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? S-yd-MtQp  
BoIe<{X(9  
$X~=M_ W  
2. 方法 ce=6EYl  
bTHa;* `  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: Ze Shn  
>e-XZ2>Sj  
=OO_TPEZ  
jO:<"l^+u  
Ed*`d>  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 <WBGPzVZE  
K{>O. 5  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 rmQGzQnun  
hY'"^?OP  
x_Ais&Gc  
eB$v'9S8/  
3. 在VirtualLab中的过程操作 oRWsi/Zf  
6x/ X8zu  
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。 7@tr^JykO  
#^#)OQq]  
1) 评估最大模式阶数 "TjR]jnV(  
s[s6E`Q  
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: {Y'_QW1:2  
nNilT J   
`O}. .N]g  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \wDOE(>  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 5-mJj&0:!  
[V jd )%  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ~Nc] `95  
7 cIVK}&  
qs-:JmA_w  
[>_( q|A6+  
MB"?^~Sm  
2)设置多模高斯光源 [sKdIw_  
m_Fw ;s/9  
(c[h,>`@:  
Y?%6af+  
Ca1)>1 Vz  
3) 设置优化函数 Zp__  
~C!vfPC  
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)。 %] #; ~I%  
p6HZ2Q:a  
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。 \GvVs  
x(=kh%\;  
f1~3y}7^Jq  
dU&.gFw1  
b. 导入实际测量的远场光强分布 |[{;*wtv  
)7i?8XiSZF  
'}rDmt~  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) VhW;=y>}  
vy"Lsr3  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 <hK$Cf_  
q90S>c,  
a. 打开参数优化 o"]eAQ  
k=~?!+p7  
ASYUKh,h  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 AV2q*  
>6kWmXK[  
图2
ynDx'Q*N'  
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: {X =\  
YwF6/JA0^  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) eh`V#%S=  
-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。 6/-!oo   
Fb``&-Qm:  
!}3`Pl.(r  
图3
\iL,l87  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 =)zq %d?i;  
5~44R@`  
图4
0}^-, Q,  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 hx2C<;s4  
KOmP-q=6  
图5 b?bYPN+  
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: R Nv<kw  
vXnpx}B  
图6
:O!G{./(_  
4.总结 k0YsAa#6V  
I+CQ,Zuf  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 )R +o8C  
c0qv11,:t  
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。 o6y,M!p@  
XOeh![eMX  
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