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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

/~[Lr   
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。 xAQtX=FoX+  
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。 IU%|K~_n  
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。
SiratkP9n7  
I &t~o  
1. 建模任务 ut{T:kT  
7;"0:eX  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? {*ak>Wud  
V2YK  T,5  
(jgk! 6  
2. 方法 !_<6}:ZB  
qLN^9PdEE  
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: d8j1L/e  
_kj]vbG^;  
tMIYVHGy  
>ZgzE  
#%0V`BS7n  
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。 <uH8Fivb  
z^gJy,T  
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。 0B NLTRv  
^mS |ff  
*Z5^WHwg  
E$e7(D  
3. 在VirtualLab中的过程操作 <j'V}|3  
l>?c AB[  
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。 ?Ec9rM\ze  
N%y i4  
1) 评估最大模式阶数 g,Z A\R~  
?9b9{c'an  
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: ^URCnJ67Se  
%`vzQt`>  
t8Zo9q>  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 /HC:H,"i  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 $`=p]  
W .7rHa  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 XH:*J+$O  
Lpchla$  
S2~cAhR|M  
)xGAe#E~j  
( ?V`|[+u  
2)设置多模高斯光源 )s2] -n}W  
THA9OXP  
)*|/5wW1  
yqK4 "F&  
N0U/u'J!g  
3) 设置优化函数 ::L2zVq5V  
R`?l .0  
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)。 CI|lJ  
+8=$-E=  
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。 XX;4A  
(}"D x3K  
-+9[X*VCc  
[}X|&`'i  
b. 导入实际测量的远场光强分布 H#- 3  
X>%nzY]m  
prBLNZp  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) l{3B }_,  
*OVB;]D3+  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 (z?HyxRT  
LHAlXo;  
a. 打开参数优化  s>rR\`  
QaX.Av  
A=CeeC]}  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 3JoY-  
K,f:X g!:  
图2
fSh5u/F!  
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: GnV0~?  
 idmU.`  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 8 WP>u8&  
-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。 Fc[KIG3@  
FR(W.5[  
C2LPLquD+  
图3
We+rFk1ddt  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 e4X df>B  
^-;S&=  
图4
\}-4(Xdaq  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 wak26W>I3  
<sdgL+&1h  
图5 #GsOE#*>T  
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: gfk)`>E  
N gNGq\!  
图6
!+x Q  
4.总结 a|ftl&uk  
tobE3Od4  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ia6 jiW x  
 Xo^8o0xi  
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。 J )1   
vwR_2u  
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