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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
3z<t# 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。 z?^p(UH 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。 +TX]~k79Oq 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。 Qt$Q/<8U :|g{gi 1. 建模任务 -rfO"D> ~+Y;jAdU 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? (;h\)B!o
*`W82V &!=3Fbn 2. 方法 ^B/{ n8Fi?/ 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: ?/~1z*XUW 2#^[`sFPO
5`J.
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WJ@,f%=<~ 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。 `i-&Z` uIu0"pv`x 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。 MX34qJ9k 03xQ%"TU< %K%z<R8 G7yxCU(I\ 3. 在VirtualLab中的过程操作 [T|~Kh%# Hd:ZE::Q'# 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。 LX8vVj8K %$08*bAtB7 1) 评估最大模式阶数 A-<qr6q 83h6>D b 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: +MEWAW[}^ [|3
%~s|Sv wo/H:3^N nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,[x'S>N mmax=y方向上光强极大值的数量-1 SWu=n1J.?H 3^Ex_jeB 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 #Rs7Ieu+ Cpr}*A
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W[YtNL; |Q{ l]D 2)设置多模高斯光源 0-@waK 7HzKjR=B
A;kB"Tx (Az^st/_ OIN]u{S 3) 设置优化函数 Qtk'^Fc Qr/?tMALc 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 V!oyC$eV Yd@9P2C 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。 6D$xG"c
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HLS^Ga,( 8!1o,=I$ b. 导入实际测量的远场光强分布 '?QZ7A JL<}9K
#pf}q+A 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) {MIs%w.G k07O.9> VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 C?zC|0 Dj[D|%9a a. 打开参数优化 W?.Y%wc0 >
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7n#0eska, 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 )sW1a
}!2|*Y 图2
BYu|loc 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: p.zU9rID ?g9CeeH* -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ~Su>^T(?- -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。 J?%Z7&/M> ek.L(n,J|
r8@:Ko= a 图3 ^E5Xpza d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ,]o32@
0evG 图4 ] $5r h8 e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 %!WQ;(
3B>!9:w~f 图5
!Qn:PSk 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: y1P ?A]v
B
[03,zVf 图6 ~fr1O`8 4.总结 i<-#yL5 MYLq2g\ VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !DLIIKO78 *#~3\{ 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。 <>p\9rVp*^ t@b';Cuv
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