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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

A=<7*E  
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。 N"70P/  
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。 HRf;bKZ  
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。
enQ*uMKd^  
nfEbu4|  
1. 建模任务 #V>R#Oh}  
'PF>#X''  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? ^ij0<*ca9  
f$lb.fy5  
mnpk9x}m  
2. 方法 `!]|lI!GW  
~i.*fL_Y  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: 2*Qv6 :qK  
CF bNv9GZj  
N>I6f  
`zQuhD 8W  
^')8-aF .  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 rpow@@ad<  
x UdF.c  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 i'ap8Dr  
] ?DU8  
tguB@,O  
R"t#dG]1t  
3. 在VirtualLab中的过程操作 KF rsXf  
:kgh~mx5LF  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 -xtT,^<B  
OUBGbld  
1) 评估最大模式阶数 JxVGzb`8  
:>&q?xvA  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: C$w%! jE  
# -'A =j  
[mtp-4*  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 VX)8 pV$  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 3%POTAw%  
p4VARAqi  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 i~u4v3r=  
5%,3)H{;t  
owNwj  
#49l\>1 z  
A?YYR%o%'  
2)设置多模高斯光源 t&U9Z$LS  
i%i~qTN  
hUMG}<  
/zIG5RK>  
mEY#QN[eq  
3) 设置优化函数 s$fM,l:!  
B!'K20"gF  
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)。 #BRIp(65-6  
7 A0?tG  
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。 P'~`2W0sz  
G$C2?|V)=  
J jAxNviG  
<F3{-f'Rx  
b. 导入实际测量的远场光强分布 N'b GL%  
t'_EcYNS  
pm O9mWq   
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) +^7cS6"L  
*R6lK&  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 (;fJXgj.  
Pt"K+]Ym  
a. 打开参数优化 ;@; a eu  
S}C[  
YJ~<pH  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 _9BL7W $;  
3,p!Fun:r  
图2
5*z>ez2YQ7  
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: hj];a,Br&  
>nkVZ;tL  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) -VohU-6 |  
-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。 GgxPpS<ne  
9~V'Wev  
g1t6XVS$9  
图3
0H_Ai=G  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 x}2nn)fdZ  
RLf-Rdx/  
图4
(aYu[ML  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 M7BpOmK'  
O/eZ1YAC  
图5 ]t<=a6 <P  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: 8L[+$g`  
v7(7WfqP  
图6
APl]EV" l  
4.总结 T#*,ME7|m  
U)dcemQY  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ]I*RuDv}  
jwwRejNV  
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。 $z!G%PO1%  
D:k< , {  
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