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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。 {"~[F 2qR 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& BQWgL 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,$r 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: -6-rXD tgCp2`n
nHbi{,3 U}X'RCM %Bm{ctf#) 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 "zNS6I?rzE 0$`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\ZGJu 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。 ^o Ds*F Q rSO%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>)
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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+11M lYm00v6y
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