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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

NFk}3w:  
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。 /y}"M  
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。 0 HGlf  
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。
T n"e   
&+mV7o  
1. 建模任务 2 \^G['9  
c |>=S)|  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 8F#osN  
R/^@cA  
WtEI] WO  
2. 方法 ?b||Cr  
x^A7'ad0  
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: A_!QrM  
PJzc=XPU  
>^a$  
DH 6q7"@  
\+-zRR0  
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。 # ;K,,ku x  
F\a]n^ Y  
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。 3Jk[/ .h  
aF!Ex  
'T\dkSJv;V  
{P-xCmZ~Wt  
3. 在VirtualLab中的过程操作 {m[s<A(  
4SgF,ac3r  
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。 5sCFzo<=vh  
6?N4l ]l  
1) 评估最大模式阶数 z~,mRgc$B  
$9 K(F~/  
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: |^R*4;Phe  
Fh K&@@_  
~g6"'Cya?k  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Hkdf$$\  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ?WQNIX4  
!xu9+{-  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 U&X2cR &a  
IV'p~t  
%}P4kEY  
U@'F%nHw  
C5|db{=\.*  
2)设置多模高斯光源 ^i+[m  
w/W7N   
}Dn^d}?s||  
CK0l9#g  
.wmnnvtl,  
3) 设置优化函数 DECB*9O ^  
Oe51PEqn  
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)。 VPt9QL(  
>{C\H.N  
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。 re^Hc(8M  
)tS-.PrA-  
]dSK wxk  
"xe=N  
b. 导入实际测量的远场光强分布 4U=75!>  
54{q.I@n  
7{e=="#*  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) LH2PTW\b!6  
X8i(~ B  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 a8pY[)^c  
87V1#U^  
a. 打开参数优化 Pao%pA.<  
+f>cxA  
;#1Iiuh  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 x&Cp> +i  
o%`Xa#*Ly  
图2
pu+ur=5&  
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: >xqM5#m`E$  
)}MHx`KT2  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) /*$hx@ih  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 BQ/PGY>  
,lt8O.h-l  
c3)C{9T](  
图3
QJn`WSw$_-  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 u,1}h L  
j}:~5|.  
图4
x[(?#  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Pm+tQ  
H={&3poBz  
图5 4-R^/A0  
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: OtTBErQNF  
Nc)J18  
图6
1[;;sSp  
4.总结 WG u%7e]  
kW@,$_cK  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ?wb+L  
rJJ[X4$  
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。 +nL+ N  
cXnKCzSxZq  
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