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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

q"l>`KCG`  
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~BUW WMfp  
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。 W=M< c@  
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。
\hu':@}  
D~7%};D[  
1. 建模任务 v(k*A:  
y8}"DfU.  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? l#|J rU!  
q>c+bo 6  
%!D_q ~"H  
2. 方法 "1\(ZKG8^Q  
bL#sn_(m  
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: (c 1u{  
*SXSF95  
^Y#@$c  
@ > cdHv  
+-'`Q Ae  
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。 \(wn@/yP'  
&~42T}GTWG  
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。 e|35|I '  
rR3m' [  
r$Yh)rpt:  
/1H9z`qV  
3. 在VirtualLab中的过程操作 '=-s1c@^  
S/KVN(Z  
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。 ]9dx3<2_I  
1+VY><=n  
1) 评估最大模式阶数 PV?1g|tYv  
Hs.6;|0%  
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^ YeMe  
Bd/} %4V\@  
HIQ]"Hl  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 !4i,%Z& 6  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 {c&qB`y<.  
#IH<HL)t%e  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 6sO  
Ks9FnDm8  
s0_-1VU  
X v`2hf  
(9Fabo\SH  
2)设置多模高斯光源 L?AM&w-cg9  
tCd{G c  
\Ac}R'  
8Pl+yiB/o`  
LuQ"E4;nY%  
3) 设置优化函数 0\8*S3,q  
$,xtif0  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 /8 e2dw: \  
Kx(76_XD  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 V=G b>_d  
a!TBk=P  
wUh3Hd'  
!C9ps]6  
b. 导入实际测量的远场光强分布 3ybK6!g`[  
]}UeuF\  
>!:$@!6L  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) Z%,\+tRe  
>X-ed  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 34/]m/2NZK  
mf Wz@=0  
a. 打开参数优化 HPu/. oE  
z v L>(R  
X|lElN  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ]Ct`4pA  
/Bg6z m  
图2
=!1-AR%.^  
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: Wto@u4  
3D 4]yR5  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) tEpIyC  
-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。 GFASF,+  
kR`6s  
| o;j0  
图3
\]L::"![?  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 9^#zxmH)  
&;r'{$  
图4
ft~|  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _rWM]  
"/ a*[_sV  
图5 X\c1q4oB[  
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: kz$6}&uk  
! 4qps$p{  
图6
s/W!6JX4  
4.总结 }(f.uN_v  
rE bx%u7Q  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ^cKv JSY  
LP0;n\  
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。 &F<J#cfe8  
|2t7G9[n  
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