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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
cbN;Kv?ak} 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。 _Jy7` 4B. 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。 !O,Sq/=. 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。 k&2=-qgVR #x;,RPw5 1. 建模任务 `78Bv>[A DQT'OZ:w 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 8Qo'[+4;
Aa=:AkrH \?pyax8 2. 方法 D|)a7_ 3pg=9*{ 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: ]?pQu '-( ]}dQ~lOE
3P9ux DmpT<SI+! U.KQjBi 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。 |GtvgvO, =*&[K^ 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。 W%4=x>J- V:$+$"| In?=$_p 12a`,~ 3. 在VirtualLab中的过程操作 'C/yQvJ
wqhktgG 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 '`3#FCg XEgJ7h_ 1) 评估最大模式阶数 -
8p!,+Dk " !~o 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: -~mgct5 #,%7tXOLR L.Qz29\ nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Lm
TFvZ mmax=y方向上光强极大值的数量-1 * :O"R ;$QC_l''b 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 51SmoFbMz B1V{3 H5T_i$W
BH">#&j[ |5bLV^mv]i 2)设置多模高斯光源 d'RvpoM KNUK]i&L
<7M-?g:vj #;$]M4 (k?HT'3) 3) 设置优化函数 }(oeNPM8 x@t?7 o\& 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)。 f#\YX
tR,k K]hp-QK< 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。 l4>^79* * T#))_aC
d9K8[Q5^3 {~3QBMx6 b. 导入实际测量的远场光强分布 w G %W{T$ BmG(+;;&
A*EOn1hN 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) j*jUcD* ?, S/>SP VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 !sb r!Qt |A%9c.DG. a. 打开参数优化 Ao\xse{E FACw;/rW
c0wLc,)G 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 ,nf}4
~vTwuc\(H 图2 'VVU-)(8 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: GR|\OJ<2 ~q`f@I -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) DE.].FD' -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。 ")KqPD6k _DxHJl
AL":j6!OQ 图3 =!-} q d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +'8a>K^
J0V m&TY 图4 =`x }9|[ e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 BP..p ^EPN
*I :c@iCNJ 图5 aV5M}:D 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: OROvy
0n:cmML)D 图6 k, N{ 4.总结 A~xw:[zy$a he(K VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 S ,F[74K '( I0VJJ 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。 mr7Oi `dE # fqrZ9:@
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