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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

~.3v\Q  
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。 bDl#806PL  
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。 }&/>v' G  
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<fah3hl  
,u>LAo0  
1. 建模任务 o}QP+  
DqWy@7 a  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? "9'3mmZm=?  
'|=Pw  
Ojz'p5d`>  
2. 方法 @.E9 ml  
OF`J{`{r  
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: c=+%][21  
o@gceZuk  
n*$g1HG6  
AP%R*0]  
QWa@?BO2p  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 y}oA!<#3  
uQc("F  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 tf7HhOCYX  
mW!n%f  
k^|z.$+  
w( SY  
3. 在VirtualLab中的过程操作 rfVQX<95=/  
>3D1:0Sg  
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。 ``< #F3  
u-&V, *3l  
1) 评估最大模式阶数 PcA^ jBgGl  
D~ 3@v+d  
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: ]cP%d-x}  
[;IEZ/ZX  
#tA9`!  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ;UgwV/d  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 mZB:j]T  
OEl;R7aOB&  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 m%u`#67oK  
0qNmao4E_  
=(hBgNH  
bC+Z R{M  
iCpm^XT  
2)设置多模高斯光源 >;Oa|G  
$+J39%Y!^  
0~ nCT&V  
oy jkk  
~Yc~_)hD  
3) 设置优化函数 GC# [&>L  
1lIs jBo g  
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)。 yNfj-wM  
{M:/HQo  
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。 Zs/-/C|  
N[O .p]8  
aWimg6q  
6R^F^<<  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Txo{6nd/  
p_BG#dRM  
TJRp/BP  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) DZL(G [  
2|\mBP`ok  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 JdI*@b2k[  
uY)4y0  
a. 打开参数优化 YIW9z{rrs  
;DX{+Z[  
;p*L(8<YI  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 jA?[*HB  
{BM:c$3@j  
图2
|%8t.Z  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: b/*QV0(  
An(gHi;1$  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) M6MxY\uM  
-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。 V9< E `C  
OO/>}? ob  
} %0 w25  
图3
+Q_xY>ej  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 JfJ ln[  
exSwx-zxI  
图4
o"RE4s\G~r  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 F ! v01]O  
pvt/{  
图5 @.cord`  
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: 1G`5FU  
as 3uz  
图6
rA<J^dX=C  
4.总结 oU3gy[wF;b  
u]B b^[  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 EX<1hAw  
.6n|hYe  
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。 J.2BBy  
O+XQP!T  
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