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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

ua5?(,E`']  
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。 f )Z%pgB  
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。 yClx` S(  
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。
Sv'y e  
9H0H u]zM  
1. 建模任务 G8Z4J7^  
*Dmx&F=3,5  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? yX!HZu;j  
Dg HaOAdU  
2xwlKmI N  
2. 方法 a4 MZ;5  
T?Fcohz(  
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: +7V{ABfGl  
@n&<B`/  
$wB^R(f@  
6w[}&pX"z  
q.#[TI ^  
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。 px;/8c-  
-r7]S  
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。 O81X ;JdP3  
laKuOx}  
S=`+Ryc  
Sh6JF574T  
3. 在VirtualLab中的过程操作 X-LA}YH=tS  
)D&M2CUw"f  
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。 V/d/L3p  
>EsziRm  
1) 评估最大模式阶数 i_R e*  
hU]HTX'R  
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: lbdTQ6R  
+!IQj0&'Y3  
~[WF_NU1y  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 gi/@ j  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 N==ZtKj F  
xo}b= v  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 V r(J+1@  
$?G"GQ!.  
rl#vE's6.e  
=J-5.0Q\_\  
s=6}%%q6  
2)设置多模高斯光源 6VP`evan  
:<Y}l-x  
1n5(S<T  
>T2LEW  
VV4Gjc  
3) 设置优化函数 '>$EOg"  
im} ?rY  
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)。 u 's`*T@.  
SzwQOs*  
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。 n% 'tKU\q  
=gfI!w  
?[<Tx-L  
?\KM5^eX  
b. 导入实际测量的远场光强分布 7(M(7}EKA  
G+xt5n.%  
{t"+ 3zy'  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) &cWjE x  
7cAXd#sI  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 " 96yp4v@  
SK1!thQy  
a. 打开参数优化 Y2B &go  
9Zry]$0~R  
=S'%`]f?  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 G22NQ~w8  
 [,n c  
图2
:j|IP)-f  
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: ES~^M840f  
73{'k K  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ^ -FX  
-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。 5D M"0  
-<jL~][S  
?D,=37  
图3
O#wpbrJ  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 O}9KJU  
3nT Z)L }  
图4
M(#m0x B  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 26X+ }^52  
#HS]NA|e@  
图5 <YA&Dr3OD  
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: ,+`61J3W  
@(P=Eh  
图6
8WE{5#oi  
4.总结 zR!o{8  
+&zYZA8v  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Kp+CH7I*  
DAo~8H  
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。 b:qY gg  
ThPE 0V  
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