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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

WPDyu.QD  
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。 \Og+c%  
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。 I 2DpRMy  
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。
DL.!G  
-Qe Z#w|  
1. 建模任务 'ig'cRD6N  
|&jXp%4T  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? *$*ce|V5  
JN6B~ZNf  
@|)Z"m7  
2. 方法 "h ^Z  
D#z:()VT(  
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: F<w/PMb  
l+0P  
 LIdF 0  
j~QwV='S  
:i7;w%B  
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。 R GX=)  
cS+>J@L  
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.FS  
-%dCw6aX+  
p<;0g9,1  
{y;n:^  
3. 在VirtualLab中的过程操作 39jG8zr=Z[  
%%wNZ{  
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。 wdZ/Xp9]  
]s748+  
1) 评估最大模式阶数 >OK^D+v"j  
bu"!jHPB  
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: jA/w|\d!  
1i ] ^{;]  
M#[{>6>iE  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 =I~mKn  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 [fIg{Q  
YAmb`CP  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ,v&(YOd  
],v=]+R  
 f V(J|  
+'w3 =2Bo  
wa3}SB  
2)设置多模高斯光源 zv"Z DRW  
+t;7tQDVB  
j8`BdKg  
~3 bPIg7D  
$tS}LN_!  
3) 设置优化函数 MqUH',\3  
&! ?eL  
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)。 *WT`o>  
Wxe0IXq3Nn  
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。 tnG# IU *  
B93+BwN>95  
Tu7QCr5*  
09Cez\0  
b. 导入实际测量的远场光强分布 "w.3Q96r  
tNX|U:Y*  
puM3g|n@  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) :08,JL{  
'08=yqy4N  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 # Vha7  
(J!+(H 8  
a. 打开参数优化 1y4  
3Ims6I]  
LE>]8[ f6S  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 :[!j?)%>  
{> 0wiH#!E  
图2
8pgEix/M5o  
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: hfy_3}_  
,nB5/Lx  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) /gkX38  
-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。 N' `A?&2ru  
;BIY^6,7e  
qeZ? 7#Gf  
图3
KMjhZap%  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 <HVt V9R  
"!%l/_p?  
图4
YV anW  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Gk /fBs  
OH(waKq2I  
图5 .=jay{  
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: e;}7G  
/CG"]!2 "  
图6
5,6"&vU,  
4.总结 8q}q{8  
wx0j(:B]  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7Da`   
9c :cw  
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。 d,n 'n  
Y#P%6Fy  
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