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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

}+JLn%H)  
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。  h.D^1  
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 2G  
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。
U TS{H  
#8&#E?^d  
1. 建模任务 'F<Sf:?.p  
'rh\CA/}D  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? ;3 dM@>5[  
p`L L   
U-ULQ|6U  
2. 方法 hvL6zCi  
VHj*aBHB  
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: LiF.w:}  
xT/9kM&}L  
65t[vi*C  
%WmZ ]@M  
$ JuLAqq  
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。 hN}5u"pS  
Mi;Tn;3er  
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。 wV?[3bEhM  
8vu2k>  
!Am =v=>  
?;/{rITP#  
3. 在VirtualLab中的过程操作 <%(f9j  
7V |"~%  
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。 |})rt5|f1!  
tPA"lBS !  
1) 评估最大模式阶数 br10ptEx  
hN!.@L  
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: sAf9rZt*'  
2pw>B%1WP)  
B piEAwh  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 [10$a(g\x  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ;Xz(B4N~o  
"_ Zh5 g  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 +I?Qg  
 -\5[Nq{N  
-<_+-t  
w:n(pLc<  
A<]&JbIt  
2)设置多模高斯光源 +~@7" |d  
Y{`3`Pg&N  
yFIl^Ck%  
Bc5YW-QD  
-<H ri5  
3) 设置优化函数 rGGS]^  
e_tZja2s  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 &`-_)~5]  
9$n+-GSK  
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。 "Wxo[I  
7cy+Nz  
wA{*W>i  
?=TL2"L  
b. 导入实际测量的远场光强分布 eUi> Mp  
NU BpIx&  
EolE?g@l8  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) >B@i E  
&E} I  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 .dy#n`eP  
,ZsYXW  
a. 打开参数优化 qQwJJjf  
+d|:s  
B:B0p+$I  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 R?1idl)  
W9:fKP  
图2
z0EjIYI[N  
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: :Bdipc  
`two|gX0K  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) qiF@7i  
-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。 k8!hvJ)?  
N[- %0  
*##QXyyg  
图3
yBU ZVqqDa  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ahK?]:&QO  
EOMuqP)  
图4
&<\4q  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  m^W*[ ^p  
!Qj)tS#Az  
图5 a>-}\GXTA  
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: 44<9zHK  
:mCw.Jz<h  
图6
::^qy^n  
4.总结 7C,<iY  
#"3[f@|e  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 0R2S@4%Y  
DctX9U(  
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。 A&X  
"t3uW6&  
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