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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

3z<t#  
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。 z?^p(UH  
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。 +TX]~k79Oq  
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。
Qt$Q/<8U  
:|g{ gi  
1. 建模任务 -rfO"D>  
~ +Y;jA dU  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? (;h\)B!o  
*`W82V  
&!=3Fbn  
2. 方法 ^B/{  
n 8Fi?/  
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: ?/~1z*XUW  
2#^[`sFPO  
5`J. ic  
y? g7sLDc  
WJ@,f%=<~  
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。 `i-&Z`  
uIu0"pv`x  
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。 MX34qJ9k  
03xQ%"TU<  
%K%z<R8  
G7yxCU(I\  
3. 在VirtualLab中的过程操作 [T|~K h%#  
Hd:ZE::Q'#  
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。 LX8vVj8K  
%$08*bAtB7  
1) 评估最大模式阶数 A-<qr6q  
83h6>D b  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: +MEWAW[}^  
[|3 %~s|Sv  
wo/H:3^N  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,[x'S>N  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 SWu=n1J.?H  
3^Ex_jeB  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 #Rs7Ieu+  
Cpr}*A   
+XQ6KG&  
W[YtNL;  
|Q{l ]D  
2)设置多模高斯光源 0-@waK  
7HzKjR=B  
A;kB"Tx  
(Az^st/_  
OIN]u{S  
3) 设置优化函数 Qt k'^Fc  
Qr/?tMALc  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 V!oyC$eV  
Yd@9P 2C  
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。 6D$xG"c  
>IRo]-,  
HLS^Ga,(  
8!1o,=I$  
b. 导入实际测量的远场光强分布 '?QZ7A  
JL <}9K  
#pf}q+A  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) {MIs%w.G  
k07O.9>  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 C?z C|0  
Dj[D|%9a  
a. 打开参数优化  W?.Y%wc0  
> vgqf>)kk  
7n#0eska,  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 )sW1a  
}!2|*Y  
图2
BYu|loc  
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:  p.zU9rID  
?g9CeeH*  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ~Su>^T(?-  
-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。 J?%Z7&/M>  
ek.L(n,J|  
r8@:Ko= a  
图3
^E5Xpza  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ,]o32@   
0evG  
图4
] $5rh8  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 %!WQ;(  
3B>!9:w~f  
图5 !Qn:PSk  
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: y1P?A]v  
B [03,zVf  
图6
~fr1O`8  
4.总结 i<-#yL5  
MYLq2g\  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !DLIIKO78  
*#~3\{  
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。 <>p\9rVp*^  
t@b';Cuv  
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