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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

cS Lj\'`b  
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。 Yp(0XP5o  
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。 D 6'd&U{_  
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%.Y so{  
[G brKq(  
1. 建模任务 GI{EP&C  
7W}%ralkg  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? lrc%GU):  
7Wef[N\x  
a)W|gx6Y  
2. 方法 ,]\cf  
r3x;lICx-  
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: o.r D  
&M5v EPR  
TAh'u|{u2  
(su7*$wV  
( !@gm)#h  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 >3g`6d  
W\j'8^kI9  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 N'{Yhx u  
j8Mt"B  
ri-&3%%z<  
QN;5+p[N  
3. 在VirtualLab中的过程操作 >7@,,~3  
i5(qJ/u  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 CSjd&G *ZB  
3KqRw (BK  
1) 评估最大模式阶数 \6GNKeN  
k t`ln  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: v 2rzHzFU  
7 `~0j6FY  
^+%bh/2_W  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1  ]LsT  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 /)v+|%U  
?v,c)  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 [ {"x{;  
^W}| 1.uZ  
~9rNP{+  
s8:epcL`A  
cl#XiyK>  
2)设置多模高斯光源 Lm!]m\LRZD  
'N6oXE  
z( ^?xv  
D;2V|CkU  
)M.g<[= ^  
3) 设置优化函数 ,c&t#mu*0  
>&>EjK4?  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 P$Y w'3v/  
> mCH!ey  
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。 })8D3kzX)  
oFyB-vpYQV  
ekfa"X_  
BGVnL}0  
b. 导入实际测量的远场光强分布 {B#w9>'b  
N:'GNMu  
d|87;;X|u  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) rpEIDhHv  
X:f5t`;  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ' rXf  
|61ns6i!  
a. 打开参数优化 t?^!OJ:L  
5s%e9x|kP  
RI<s mt.Ng  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ( !m6>m2  
c#u_%*  
图2
=>o !   
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: Qa9@Q$  
v}5YUM0H`  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) z<P?p  
-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。 r4K_Wp  
2>.b~q@  
w|I5x}ZFG  
图3
J 7dHD(R8  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 sm?b,T/  
O,+9r_Gh  
图4
39[ylR|\  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 rT-.'aQ2t  
L>Ze*dt  
图5 AL&<SxuP  
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: Gys-Im6>~@  
ze LIOw  
图6
V\n!?1{kdF  
4.总结 )_Hv9!U]e  
$6ucz'  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 B4zuWCE@  
V2;Nv\J\  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 ;K4=fHl  
dB&<P[$+8  
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