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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

;__9TN  
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。 1_fZm+oW!  
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。 'j^xbikr  
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。
YBYZ=,"d  
e0@ 6Pd  
1. 建模任务 m }a|FS  
#_lt~^ 6  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? [b%:.bjY  
xq-17HKs  
GRb*EeT  
2. 方法 gmIqT f  
?88[|;b3  
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: {Q+gZcu  
LmlXMia  
3iw{SEY  
}X x(^Zh  
A+y  
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。 5MFxo63  
8N:owK  
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。 A7(hw~+@  
a+hd(JX0~  
O: @}lK+H  
W_m"ySQs  
3. 在VirtualLab中的过程操作 T\Uek-(  
)jq?lw'&  
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。 %6AW7q t  
M?=;JJ:  
1) 评估最大模式阶数 R[ 49(>7H4  
W@y J AQ  
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: qo<&J f  
Q{k At%  
&/Ro lIHF  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 jTLSdul+  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 8$(Dz]v|[&  
vG \a1H  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 -n'F v@U  
\*,=S52  
{R/C0-Q^^  
 8q1wHZ  
mv5n4mav  
2)设置多模高斯光源 A AHt218  
*3T| M@Y  
A 'G@uD@3  
##Z_QB(;  
5,)Q w  
3) 设置优化函数 odg<q$34  
O?<&+(uMTT  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ^z,_+},a3T  
*^([ ~[  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 nFe%vu8a  
6U^\{<h_c  
^ wY[3"{  
97K[(KE  
b. 导入实际测量的远场光强分布 `vc "Q/  
^<LY4^  
Me6+~"am/  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 6sa"O89   
:VF<9@t  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 w[6J `   
w '3#&k+  
a. 打开参数优化 M-i_#EWP  
z<.?x%4O  
;Ag 3c+  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 LN_xq&.  
z5W@`=D  
图2
E*?<KZe"  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: h^j?01*Et  
"_2Ng<2  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) B75k^ohfj  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 s}pIk.4ot!  
iMfngIs |  
uUKcB:  
图3
lC=~$c:  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 IF]lHB  
N41R  
图4
9:I6( Zv0  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pH`44KAuM  
aTf`BG{kw  
图5 V^Hu3aUx8  
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: R0oKbs{  
7 bDHXn  
图6
t'm;:J1  
4.总结 b,KcBQ.  
m!U9m  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 M`6y@<  
)Fb>8<%  
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。 m~uOXb  
ki>~H!zB  
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