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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

/FV6lR!0^  
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。 $H@)hY8wA  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 qe"6#@b *|  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
@>nk^ l  
2&K|~~  
1. 建模任务 &trh\\I"  
:h^UC~[h 3  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? O8N0]Mz  
@wgGnb)  
c%/&@vs7  
2. 方法 ,zw=&)W1  
~(L+4]  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: SVWSO  
dB/I2uGl>  
{#M{~  
rZQHB[^3  
2pNJWYW"  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 8PjhvU  
bK;a V&  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Bo\v-97  
PjZvLK@a9)  
!enz05VW6.  
s l @6  
3. 在VirtualLab中的过程操作 \bA'Furp  
x2c*k$<p  
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。 }e =GvWGa  
f> [;|r@K  
1) 评估最大模式阶数 HFWm}vA:  
c!wB'~MS#  
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: w/W?/1P>q  
c O>:n  
Sz@?%PnU|  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 A2_3zrE  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #|h8u`  
g}r5ohqC#  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 t U= b~  
L\CM);y  
?'m5)Z{  
s\FNKWQ  
jV&W[xKa  
2)设置多模高斯光源 MJpTr5Vs  
|RXC;zt9s  
Nh/ArugP5P  
Pm;*Jv%  
<f{`}drp/  
3) 设置优化函数  Jiylrf`o  
s(Bi& C\  
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)。 p&doQh  
_?LI0iIFx  
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。 u`,R0=<4  
P,=J"%a-  
-vAG5x/,  
DI[^H  
b. 导入实际测量的远场光强分布 J uKaRR~  
)?y"NVc*  
ui0(#2'h%  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) :S6 <v0`Z  
ys6"Q[B  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 g c=|< (  
IFoN<<7/2$  
a. 打开参数优化 =H?5fT^  
4>`w9   
~2ei+#d!^  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 Q_Sq  uuk  
x l=|]8w  
图2
_Fy:3,(  
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: V t;&2v  
8GQs9  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) o!0a8i  
-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。 Ll48)P{+}V  
,1h(k<-  
B%;+8]  
图3
s5#g[}dj  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 :b)@h|4  
D)6||z}  
图4
>pHvBFa3G  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :PkSX*E[q  
`&JA7UD>  
图5 2mG?ve%m)  
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: J1MnkxJmpQ  
R_DQtLI  
图6
f89<o#bm7h  
4.总结 K*RRbtb  
U?yXTMD  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 zaPR>:r0  
\LXNdE2B  
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。 .1M>KRSr,  
$yJfAR  
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