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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

@OrXbG7&>#  
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。 B~e7w 4  
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。 Y~x`6  
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。
B=^2g}mgK  
/$<JCNGv  
1. 建模任务 %Ln?dF+  
tTE3H_   
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? oRV] p  
Mof)2Hbd:  
t2m  ^  
2. 方法 %PSz o8.l  
=7H.F:BBG  
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: ?|gGsm+  
$)Jc-V 6E  
<w%Yq?^  
E)RI!0Ra  
)lE3GDAPgZ  
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。 8o%E&Jg:  
upZYv~Sa  
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。 B44]NsYks~  
\qRjXadj  
k_-vT  
GR_p1 C\  
3. 在VirtualLab中的过程操作 )sMAhk|  
iRkOH]+K  
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。 DKf}47y  
hVROzGZk  
1) 评估最大模式阶数 ^ON-#  
z2"2tFK  
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: 8Q#t\$RY  
k QB 1=c  
*#3voJjV(  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 (mu{~@Hw  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 V;/ XG}M  
G}Q}H*  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 0W!V V=j<}  
\5j22L9S  
oC ^z_AtZ  
pIM*c6  
2{ jtQlc  
2)设置多模高斯光源 +5N^TnBtBL  
'Hcd&3a  
n-L]YrDPK[  
oX%PsS  
\emT:Frb  
3) 设置优化函数 UEx(~>  
>' BU*  
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)。 bdNY7|j`  
\= )[  
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。 ZlwcwoPib  
s8/ozaeo  
4n `[SN  
}0(vR_x  
b. 导入实际测量的远场光强分布 PaU@T!v  
s /k  
ORFr7a'K  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) P:bVcta9g  
l7=$4As/hI  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 c +"O\j'  
Vj9`[1}1Z  
a. 打开参数优化 qHcY 2LV  
K!$\REs  
U)T/.L{0i  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 @et3}-c  
gFH;bZU  
图2
iZVT% A+q  
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: H/ B^N,oi  
Is#v6:#^  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) cZ7F1H~  
-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。 SOi(5]  
t9=|* =;9)  
q>Ar.5&M_  
图3
d/-0B<ts  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 2EI m  
N5I W@?4  
图4
V!aC#^  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 E l8.D3  
;74 DT  
图5 |Jx2"0:M  
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: mc[_> [m  
75BOiX  
图6
<:_]Yl  
4.总结 k)4lX|}Vm  
CI3_lWax%  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 5qAE9G!c  
GE|^ryh  
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。 Ee?K|_\${  
)]e d;V  
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