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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

k4'] 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。 w|f+OlPXq  
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。 Cj= R\@  
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。
\@@G\\)er  
In?rQiD9  
1. 建模任务 > "hP  
HxO+JI`'3  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? %r^tZ;; l  
QNbZ)  
zqA>eDx  
2. 方法 K*:=d }^  
Ae2N"%Ej  
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 \Xt "  
EID-ROMO  
sVh)Ofn  
O~5t[  
gt8dFcm|s  
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。 Zf$mwRS[_  
|b\a)1Po:  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ^]o H}lwO  
~>@~U]  
bPTtA;u  
0Z2XVq~T$  
3. 在VirtualLab中的过程操作 2bCfY\k  
o(tJc}Mh+(  
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。 pLu5x<  
`oMZ9Gq2E  
1) 评估最大模式阶数 ,u}wW*?,sT  
!60U^\  
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: 2*sTU  
x_3B) &9  
N8nt2r<h  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 {J"]tx9 ]  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #H6YI3 `G  
|Ua);B~F  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 o}=*E  
-3ePCAtXbe  
s17)zi,?4  
"EpH02{i  
+s<6eHpm  
2)设置多模高斯光源 e#hg,I  
:?UcD_F  
ViW2q"4=  
(g@X.*c8  
3D6&0xTq  
3) 设置优化函数 &j~9{ C  
'9QEG/v  
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)。 R?1Z[N  
8pEA3py  
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。 j3&q?1  
Lv@WI6DM  
=oVC*b  
;'Hu75ymo  
b. 导入实际测量的远场光强分布 -\p&18K#  
v#gXXO[P1  
JFI*Pt;X9  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) :^W}$7$T  
T 9`AL  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 mxEe -q  
&IXmy-w  
a. 打开参数优化 xq.kH|bH  
n><ad*|MX  
8Vz!zYl  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 /*;a6S8q  
bLS10^g5  
图2
5$!idfDr|m  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: t;Z9p7rk  
aoz+Th3  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) \A^8KVE!  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 LL);Ym9d  
+-b'+mF  
'+Jy//5?  
图3
W;8A{3q%N0  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ;1yF[<a  
%AJ9fs4/  
图4
i+5Qs-dHA  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Ae=JG8Ht~  
dLGHbeZ[(  
图5 ogSDV   
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: fn/?I \  
3{.]!   
图6
iOIq2&sV  
4.总结 D?%[du:V  
dn}EM7:Z  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 G0m$bi=z  
&0f/F:M  
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。 N"<.v6Z  
R`$Y]@i&B  
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