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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

r]GG9si  
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。 ~ ZkSYW<  
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。 ;,d^=:S6@  
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。
+48a..4sN  
O+8]y4%5  
1. 建模任务 ii< /!B(  
-&L(0?*qo  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? I_QWdxn  
nT(Lh/  
,C4gA(')K  
2. 方法 :Nry |  
PubO|Mf  
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: J|$(O$hYy  
oP[R?zN  
dA[MjOd3  
l1<]pdLTR  
mmN!=mf*  
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。 #3fS_;G  
6p=OM=R  
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。 u\)2/~<]  
Qyh_o  
l"T{!Oq  
m%?+;V  
3. 在VirtualLab中的过程操作 [I XX#^F  
UW!*=?h  
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。 $w:7$:k  
8-f2$  
1) 评估最大模式阶数 p\>im+0oh  
\{g;|Z 1  
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: #kmZS/"  
oRp;9   
;+86q"&n  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 #b^x!lR  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 rM|] }M=_V  
L%h Vts'  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 HU~,_m  
\A~r~  
4hymQ3 g  
cx+li4v  
4u!<3-3Zy  
2)设置多模高斯光源 F9N/_H*+  
@bkZ< Gq  
GnCO{"n  
8!{;yz  
kdr?I9kwW  
3) 设置优化函数 ,JL Y oE+  
=|Q7k+b  
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)。 *>=|"ff  
@c >a  
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。  Uk2U:  
&,4 3&pFU  
Nt>wzPd)  
&5x ]9   
b. 导入实际测量的远场光强分布 ;z>?- j  
{9/ayG[98  
K6 {0`'x  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) Boi?Bt  
*E"OQsIl  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 r+#!]wNPe  
4R;6u[ a]u  
a. 打开参数优化 $<]G#&F   
8J5{}4s\f  
0EA<ip  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 xs'vd:l.Pp  
\W;+@w|c  
图2
kS\A_"bc  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: ljS~>&  
2O*(F>>dT  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) {I]X-+D|_  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 *.+Eg$'~V  
*irYSTA$  
Dej2-Y  
图3
qaj~q(j~ C  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 h_SDW %($  
9=-d/y?  
图4
wM2[i  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 L#\!0YW/@  
cTq}H_hC  
图5 0_A|K>7  
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: X AnN<  
A3;}C+K  
图6
_Di";fe?  
4.总结 @$e!|.{1q  
Vk#wJ-  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ~boTh  
EWr8=@iU  
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。 ZQ0R3=52r  
O%Mi`\W@  
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