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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

F)we^'X  
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)EHaaf  
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。 | fMjg'%{}  
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。
8*nl Wl9qo  
}s_'q~R  
1. 建模任务 ]&za^%q0&  
4~Ptn/ g  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? o#KGENd  
PQ`p:=~>:i  
6~KtT{MYQ  
2. 方法 i2ap]  
jXEuK:exQ  
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: )P:r;a'  
lP>}9^7I!  
&TqY\l  
;}!hgyq  
$MF U9<O  
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。 IL?mt2IQ>  
M+<xX)   
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|'EyZ  
ew(CfW2  
lsV9-)yyl  
huTa Ei  
3. 在VirtualLab中的过程操作 h)[{{JSf  
\ltA&}!  
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。 s)#8>s-  
MS~c  $  
1) 评估最大模式阶数 {EKzPr/  
_jV(Gv'  
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: fk%yi[  
hlPZTr=a  
].f28bY  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 usb.cE3 z  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ;[*jLi,uc  
jd9GueV*(  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 l0Myem v?z  
 y{h y  
49%qBO$R  
Nf0'>`/  
_qg)^M6  
2)设置多模高斯光源 0MK|spc  
!r:X`~\a  
[AzQP!gi  
8*rd`k1 |g  
Qe=,EXf  
3) 设置优化函数 Z:VqBqK  
[KA&KI^hF  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 &61;v@  
808E)  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ?CB*MWjd  
UUy%:t  
Vv=/{31  
d,}fp)  
b. 导入实际测量的远场光强分布 y5_`<lFv  
Txkmt$h  
ZMmaM "9  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) I@VhxJh  
0-H!\IB  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 z;:c_y!f  
^06f\7A  
a. 打开参数优化 (lwrk(  
 zk8 o[4  
L8K= Q  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 Z$R6'EUb1  
O5HK2Xg,C  
图2
VeO$n*O  
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: JzD Mx?  
o:kiIZ]  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) >AsD6]  
-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。 ta]B9&c  
7;dTQ.%n  
:34#z.O  
图3
^R* _Q,o#  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 aY8"Sw|4  
c|<*w[%C  
图4
(4_7ICFI  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 {@Y|"qIN  
O$jj&  
图5 8<(qN> R  
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: 70NQ9*AAy  
,]?Xf >  
图6
)(~s-x^\z@  
4.总结 1@Dp<Q  
!g}?x3  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 lqFDX d  
~m^.&mv3/  
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。 Qs2 E>C  
s(*L V2fa  
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