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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
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Wau 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。 {C3Y7< 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。 bF-"tm 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。 "![L#)"s l=={pb 1. 建模任务 j6YiE~ m%r/O&g 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? E>uVofhml
A :e;k{J
jNyoN1M 2. 方法 wCKj7y[ PK2~fJB 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: @g-Tk MaY682}|y
q|(W-h+ %,q.),F <L0#O(L 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。 o
l ({AYB =Lp7{09u 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。 A\sI<WrH rf
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c3E+ 3. 在VirtualLab中的过程操作 #JW+~FU` S::>N.y 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。 ;;U:Jtn2 <V&5P3)d9 1) 评估最大模式阶数 zJN7<sv -ysn&d\rV 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: A%bCMP CNrIIsJ )A8v];.]3 nmax=x方向上光强极大值的数量-1 _^ |2}t mmax=y方向上光强极大值的数量-1 nv/[I,nw ku&k'V 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 jLVl4h& f'Mop= . iz[gHB
WcUJhi^\C n6Z|Q@F 2)设置多模高斯光源 {S.>BXX hpbf&S4
\?fI t? y/_XgPfWU C(?blv-vM0 3) 设置优化函数 !nf-}ze{ \IM4Z|NN" 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)。 t67Cv/r~ ]$iqa"{ a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 J$ut_N):N \,G#<>S
evuZY X@ -G |a*^ b. 导入实际测量的远场光强分布 eVh-_ ssQ BSbx
",qU,0 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) b{7E;KyY, tln37vq VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 Am4lEvb %eWqQ3{P] a. 打开参数优化 w}cY6O,1 va)%et0!
Q /x8 #X 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 afG{lWE)
(8a#\Y[b 图2 ib6^x:HGU 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: [1G^/K" u{H?4|'( -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) |AZW9 -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。 |UnUG 5z$,6T
V4w=/e_ 图3 "y?\Dx
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 `TLzVB-j3
k=ytuV\ 图4 S_(d9GK< e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 '-$XX%TOAc
]3{0J 图5 coE&24,0 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: j{++6<tr
a6xj\w 图6 uq3{hB# 4.总结 mB'3N;~ &]6)LFm VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {}~: &.D $^/0<i$ 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。 _u0$,Y?& | |