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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

=lB +GS%  
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。 +ZFw3KEkz  
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。 SlU?,)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。
sIUhk7Cd8  
=E6ND8l@2  
1. 建模任务 uX82q.u_y  
H( L.k;B  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? j)G<PW  
\wMqVRPoQ  
~e|RVY,  
2. 方法  |2<y  
+D7>$&BD  
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: |/^ KFY"  
5;WESk  
GkwdBy+  
bwrM%BL  
-!o*A>N  
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。 55Pe&V1=  
4S%s=v w  
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。 JM&`&fsOC{  
<M){rce  
d- X6yRjnj  
>m:;. vVY  
3. 在VirtualLab中的过程操作 FIMM\W  
mafnkQU  
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。 qLjLfJJ2  
()'yY^   
1) 评估最大模式阶数 CvOji 1  
7%j1=V/  
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: |WkWZZ^  
.ZOG,h+8  
dDu8n+(8 L  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ZVX1@p  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 $^TxLv  
et`1#_o  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 @23?II$=@  
'hGUsi  
FhP$R}F  
vRhI:E)So#  
C.|.0^5  
2)设置多模高斯光源 t6q7 w  
F ,;B  
iv!;gMco  
+ *W%4e  
A!$;pwn0  
3) 设置优化函数 $x~U&a  
V3S"LJ  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 a S;z YD  
uv|RpIve:  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Kj7 ?_o{  
,Gi%D3lA  
Vg^yjP{sv  
(.J6>"K<  
b. 导入实际测量的远场光强分布 FfRvi8  
>qy$W4  
#Zg pm"MW  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) NwcRH9};i  
+;Pkpuu  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 $jg~ a  
{1"kZL  
a. 打开参数优化  l( WF  
swz)gh-*  
L9]y~[R:  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 yHo#v:>?p  
\zJb}NbnT  
图2
dDbH+kqO  
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: Wh)>E!~ 9  
84_Y+_9  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) =B{B ?B"r  
-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。 -]Ny-[P  
hRQw]  
#[&9~za'"m  
图3
a"{b}UP  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 'kSm}} y  
&s{d r  
图4
vX?C9Fr2  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 |fB/hs \  
P\y ZcL  
图5 ^v&"{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: hZ|8mV  
uovSe4q5q  
图6
g;7W%v5wqk  
4.总结 ?X+PNw|pf  
U]&/F{3 im  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 J'%W_?wZ  
9JqT"zj  
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。 3F8K F`*  
R].xT-1  
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