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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

0f.j W O  
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。 czuIs|_K*  
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。 ?<TJ}("/  
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(K D  
{;c'@U  
1. 建模任务 :aej.>I0  
j)?M  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? \7r0]& _  
2Lf,~EV  
)Y7H@e\1  
2. 方法 QL WnP-  
'bi;Y1:  
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: 7v ZD  
6*q1%rs:w  
A iM ukd,  
e~N&?^M  
Q'/sP 5Pj  
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。 iZ-R%-}B  
>u&D@7~c  
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。 CO='[1"_5  
EfrQ~`\  
F@i >l{C  
<+oh\y16  
3. 在VirtualLab中的过程操作 K381B5_h  
!C#oZU]P  
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。 [iub}e0  
mgAjD.  
1) 评估最大模式阶数 q? ' 4&  
Lq2Q:w'  
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: fp' '+R[   
9Da{|FyrD  
qzUiBwUi@  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *[Z`0AgP  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 'Qy6m'esW  
o5o myMN  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 JU?;Kq9R  
Qr$'Q7  
:?6HG_9X  
An. A1y  
Qn*l,Z]US  
2)设置多模高斯光源 o08WC'bX  
^wIB;!W  
<fvu) f  
.G{cx=;  
.q9Sg8G  
3) 设置优化函数 oy^-?+   
IVNH.g'  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。  XIInI  
ieZ$@3#&z  
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。 n n7LL+h  
):$KM{X  
Ei!Z]jeK  
uy {O   
b. 导入实际测量的远场光强分布 qLEYBv-3  
sFpg  
q/EX`%U  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) !mlfG "FE  
J@5iD  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 }Va((X w  
[c,V=:Cq  
a. 打开参数优化 gi!_Nz  
Fv^zSoi2  
$${I[2 R)  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 I3Vu/&8f|  
_ $F=A  
图2
oco,sxT  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: syl7i>P  
KuJ)alD;1  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) *K/K97  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ]}L'jK 0  
:h(HKMSk1  
wn[)/*(,$(  
图3
:nIMZRJ_!E  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 xuXPVJdi  
&>jz[3  
图4
Hu|Tj<S  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _.s ,gX  
)L b` 4B  
图5 r2RJb6  
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: M/o?D <'  
IBa0O|*6  
图6
2.^{4 1:  
4.总结 =Y2 Rht  
VIF43/>(  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 qyRN0ZB"A^  
?}?"m:=  
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。 :E")Zw&sW3  
]+I9{%zB%8  
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