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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

?q4`&";{3  
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。 {"~[F2qR  
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。 X(x,6cC  
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。
pm=O.)g4`  
qgl-,3GY%N  
1. 建模任务 iP9]b&  
BQWg L  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? | WJ]7C  
55.2UN  
\i,H1a  
2. 方法 x*F- d2D  
46)[F0,$r  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: -6-rX D  
tgCp2 `n  
nHbi{,3  
U}X'RCM  
%Bm{ctf#)  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 "zNS6I?rzE  
0$`pYW]  
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。 lU Zj  
,2Ed^!`  
vA:ZR=)F  
->51t  
3. 在VirtualLab中的过程操作 m=E/um[D  
*>qc6d@'  
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。 5s^vC2$)  
$H3C/|  
1) 评估最大模式阶数 GjW(&p$&  
V+1c<LwT  
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: ={cM6F}a@  
^pe/~ :a  
S"Vr+x?  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 "dv\ 9O  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j8e=],sQ  
J|U~W kW  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 \M.?*p  
9.dZA9l@g  
Ag:/iB ]  
K'8?%&IQ  
.yUD\ZGJ u  
2)设置多模高斯光源 |wb_im  
o92BGqA>&  
w-)JCdS6Tb  
lgVT~v{U`n  
*$VeR(QN  
3) 设置优化函数 R=Lkf  
?$A)lWk(  
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)。 M-Vz$D/aed  
J:uFQWxZ   
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。 <<qzZ+u  
$Nvox<d0  
+7WpJ;C4  
`r=^{Y  
b. 导入实际测量的远场光强分布 dmkGIg}  
U"@p3$2QW  
|I"&Z+m  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) @fo(#i&  
T<nK/lp1t  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ^oDs*F  
QrSO%Rm1*  
a. 打开参数优化  wDiq~!  
A9Ea}v9:  
||cI~qg  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 Qt'3v"S>)  
H 9/m6F  
图2
$@{ d\@U  
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: B[w.8e5  
p|0SA=?k"  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 1M_6X7PH  
-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。 qS}{O0  
j";L{  
pkG8g5(w  
图3
H_Hr=_8}-  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 _8`S&[E?  
M9VAs~&S  
图4
g p|G q  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @Py'SH!-  
YyYp-0#  
图5 %dmQmO,  
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: u[wDOw  
)WEOqaR]  
图6
f0g_Gn $  
4.总结 >W:kTS<  
ms&5Bq+9  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  - sq= |  
,*L3  
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。 tC+1 1M  
lYm00v6y  
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