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真实多模激光的建模
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infotek
2023-05-22 08:22
真实多模激光的建模
$RNUr \9A
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。
r5da/*G/O
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。
8|qB1fB
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。
>AX~c jo
7O9hn2?e
1. 建模任务
?r E]s!K
4J 51i*`
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线?
5h=TV
P(gVF|J?
V52C,]qQH
2. 方法
?-:: {2O)
PWN'.HQ
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:
1mVVPt^6
[aM'
$K_YC~
$FusDdCv3
w Al}:|+n
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。
4,F3@m:<
+5t bK
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。
Jg|cvu-+
lHKf#|
w0j/\XN2s
G]mWaA
3. 在VirtualLab中的过程操作
M9s43XL(&
Y%0d\{@a
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。
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% nmY:}um
1) 评估最大模式阶数
5`E`Kb+@
2\nN4WL 5.
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定:
<wt$Gglk
_}e7L7B7g
6 tc:A5mK
nmax=x方向上光强极大值的数量-1
B+Y5b5+wOQ
mmax=y方向上光强极大值的数量-1
Cx+WLD
)XP#W|;
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。
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wMz-U- z
v.Xoq
*!g 24
ZMoJ#p(
2)设置多模高斯光源
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Zn@W7c,_I
bR`rT4.F
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3) 设置优化函数
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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)。
J]}FC{CD!
IS[Vap:
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。
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"v(G7*2
e(yQKwVD
N5nvL)a~
b. 导入实际测量的远场光强分布
J3B6X 8P'
YC]PN5[1!
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4) 进行参数优化(Parametric Optimization)
3{N\A5~
h|bqyu
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。
FU%~9NKX
NSw<t9Yi
a. 打开参数优化
T yU&QXb
z!fdx|PUX
_u>t3RUA
图1
b. 选择优化变量,即四个模式
RfKc{V
$[,l-[-+
图2
2Ok?@ZdjA{
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定:
j"5Pe
e1Ob!N-
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值)
yI8 SQ$w0y
-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。
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`)6>nPr7P
jZRh KT
图3
MSl&?}Bj
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化
i^WIr h3a
V]rhVMA
图4
yO=p3PV d
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果
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Zd[OWF
图5
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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:
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UFe(4]^
图6
]=x\b^
4.总结
<c+K3P'3?
<W*xshn
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。
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t,h{+lYU
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。
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