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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

QHd|cg  
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。 l~[ K.p&  
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。 mRN[l j  
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。
n*TKzn4E  
V0n8fez b  
1. 建模任务 <[=[|DS l  
g[;&_gL  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? L @J$kqWY  
h!tg+9%  
] #7baZ  
2. 方法 Y oZd,} i  
>y$*|V}k  
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: ,V''?@  
_>^Y0C[?5  
N:EljzvP}  
*2/6fhI[p  
iz+,,UH  
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。 Iz&d S?p_  
3h6,x0AG  
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。 w9Nk8OsL  
s !I I}'Je  
M&e=LV  
0*j\i@  
3. 在VirtualLab中的过程操作 q?8#D  
h]4qJ  
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。 %D7'7E8.  
ob/HO (h3  
1) 评估最大模式阶数 YVk +zt~S  
\aN5:Yy  
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: '1zC|:,  
3%u: c]-wF  
I/gfsyfA  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 m"o=R\C  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]SN5 &S  
j`_Z`eG  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 Djf~8q V!  
S<5.}cR  
T,B%iZgCh  
K k^!P*#  
Q[lkhx|.B  
2)设置多模高斯光源 S)"vyGv  
TC ;Aj|)N  
kn WI7  
^plP1c:  
:ra[e(l9  
3) 设置优化函数 z[JM ]Wy  
1Sv$!xX`n  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 N8!e(Y K_  
fL gHQ  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 K%SfTA1TCB  
T<RWz  
GB}X  
o Y<vKs^  
b. 导入实际测量的远场光强分布 {s?hXB  
QdIoK7J 9  
o/!a7>xO4  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) !DKl:8mx4  
sEx\7tK  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 W#^p%?8pR  
iT1HbAT]  
a. 打开参数优化 ">nFzg?Y  
[U7r>&  
:m("oC@}  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ]`}EOS-Q  
5zt5]zl'  
图2
^ .Q/iXgh  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: XsMETl"Av4  
y|WOw(#  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ,UD5>Ai  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ~>}7+p ?;  
_3gF~qr  
b~K-mjJI  
图3
Ki3 wqY  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 o2LUB)=R'  
QSOJHRl=C  
图4
";59,\6  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ^ X<ytOd5  
 TJb&f<  
图5 ralU9MN.  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: |>nVp:t^  
2K2jko9'a  
图6
DzY`O@D[  
4.总结 Oin:5K)4-  
*Rj*%S  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 y;HJ"5.Mw  
%W$?*Tm  
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。 H, O_l%  
Rs 0Gqx  
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