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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

7UnB]-:.  
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。 'TwvkU"  
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。 >_esLsPWh]  
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。
<gfkbDP2  
';,Rq9-'  
1. 建模任务 V d`}F0WD  
h=*eOxR"4^  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? cI #! Y  
5,vw%F-m  
V)q|U6R  
2. 方法 nNj<!}HvV  
mssCnr;  
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: `%@| sK2  
crvq]J5  
Cr&,*lUo  
/u&{=nU  
A*x3O%zH  
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。 yUY* l@v]  
CQ;.}=j ,  
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。 x b6X8:  
HE BKRpt  
@a~GHG[x  
x%]5Q/|Ur  
3. 在VirtualLab中的过程操作 aWg*f*2f  
.+#<~Jv  
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。 M dKkj[#  
GI. =\s  
1) 评估最大模式阶数 xQKRUHDc  
D:Rr|m0Tk  
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: 9jkaEn>m^  
dsrKHi  
_]aA58,j  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 =wcqCW,]  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 P&kjtl68 Y  
N0mP EF2  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 *h9S\Pv>j  
9$Dsm@tX  
yH<a;@C  
  mN^/  
MGbl-,]  
2)设置多模高斯光源 + 7~u_J  
q'9}Hz  
RX\l4H5;  
u6#FG9W7  
xtq='s8e  
3) 设置优化函数 2N /4.  
n`TXm g  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 &Cykw$s  
=k0qj_  
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。 K (!+l  
KEfx2{k b  
j-}WA"  
>Y>>lE! k  
b. 导入实际测量的远场光强分布 #)7THx/=  
&:@)ro CR  
_*1{fvv0{  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) )}|b6{{<  
|XV@/ZGl~  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 i pi^sCYp  
&aLelJ~  
a. 打开参数优化 2leTEs5aK`  
*p  !F+"  
xhTiOt6l  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 r!C#PiT}I  
-:]-g:;/  
图2
YEiQ`sYKG  
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: *;u'W|"/~  
d!z}! :  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 6aMG!_jC  
-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。 T=~D>2C  
K.P1|  
XI/LVP,.  
图3
Ro:DAxi @L  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 E|~)"=  
.KeZZLH  
图4
ed\umQ]   
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  ze_q+Z  
q  W"  
图5 duT'$}2@>  
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: W[4 V#&Z  
Mv%"aFC  
图6
#fQ}8UxU,  
4.总结 [19QpK WM  
/t=Fx94  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 gAxf5 A_x)  
8Ts_;uId  
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。 kl+^0i  
XtP5IN\S  
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