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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

eW%Cef  
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。 jFS])",\i  
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。 4h% G %>j  
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。
Y~vyCU5nWR  
Mkc   
1. 建模任务 lsJl+%&8  
(SMnYh4  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? oihn`DY {  
REqQJ7a/  
"QCtF55X&  
2. 方法 Q> OBK&'  
:De@_m  
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: ,6N|?<26O  
02+ k,xFb  
=zaf{0c  
Ss>ez8q  
?w/i;pp<,  
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。 ~@Yiwp\"  
C1/qiSHsh  
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。 7T7 A\  
'F-; uN  
">zK1t5=  
( x)}k&B;  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ::goqajV  
aL?+# j^"  
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。 sn>2dRW{  
MK1V1F`  
1) 评估最大模式阶数 GhlbYa  
jg)+]r/hS  
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: (*6kYkUK  
(%N=7?  
,oin<K  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,$4f#)  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 %X|fp{C  
]{.iv_I  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 D5Z@6RVt  
oh^/)2W  
GvB;o^Wd  
8D]&wBR:  
d2~*fHx_!  
2)设置多模高斯光源 0eMO`8u[A  
Jam&Rj,  
)c6t`SBwi  
#aHJ|[[(n  
L <QjkFj  
3) 设置优化函数 $l W 7me  
T<a/GE/  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 RA_gj lJi  
R(t1Ei.-?  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 6x*$/1'M3;  
jx=5E6(h  
z<I@SI^>  
" J4?Sb<  
b. 导入实际测量的远场光强分布 g6D7Y<}d  
L>3-z>u,  
1#w'<}h#U  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) XI5TVxo(q  
, tEd>  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 7QX p\<7  
U,g)N[|  
a. 打开参数优化 hJc^NU5  
l_lK,=cLj+  
H~1o^ gU  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 HKXtS>7d  
n/ CP2A  
图2
6uu49x_^L4  
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: BD_"w]bqD  
G<m6Sf  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) } Q1m  
-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。 ETQL,t9m  
$5r1Si)  
Rq[VP#  
图3
u-k!h  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 H1or,>GoO  
d%lwg~@&|5  
图4
']^_W0?=  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pKzrdw-!  
j"4]iI+{"  
图5 _08y; _S  
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: VthM`~3  
i}_d&.DbF  
图6
UNhM:!A  
4.总结 E/Adi^  
A4IPd  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 R-]i BL  
52v@zDY  
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。 F !MxC  
BnPL>11Y  
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