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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
WPDyu.QD 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。 \Og+c% 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。 I2DpRMy 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。 DL.!G -Qe Z#w| 1. 建模任务 'ig'cRD6N |&jXp%4T 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? *$*ce|V5
JN6B~ZNf @|)Z"m7 2. 方法 "h ^Z D#z:()VT( 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: F<w/PMb l+0P
LIdF 0 j~QwV='S :i7;w%B 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。 RGX=) cS+>J@L 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。 ,=N.FS -%dCw6aX+ p<;0g9,1 {y;n:^ 3. 在VirtualLab中的过程操作 39jG8zr=Z[ %%wNZ{ 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。 wdZ/Xp9] ]s748+ 1) 评估最大模式阶数 >OK^D+v"j b u"!jHPB 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: jA/w|\d! 1i] ^{;] M#[{>6>iE nmax=x方向上光强极大值的数量-1 =I~mKn mmax=y方向上光强极大值的数量-1 [fIg{Q YAmb`CP 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ,v&(Y Od ],v=]+R f
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+'w3 =2Bo wa3}SB 2)设置多模高斯光源 zv"Z DRW +t;7tQDVB
j8`BdKg ~3 bPIg7D $tS}LN_!
3) 设置优化函数 MqUH',\3 &!
?eL 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)。 *WT`o> Wxe0IXq3Nn 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。 tnG# IU
* B93+BwN>95
Tu 7QCr5* 09Cez\0 b. 导入实际测量的远场光强分布 "w.3Q96r tNX|U:Y*
puM3g|n@ 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) :08,JL{ '08=yqy4N VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 # Vha7 (J!+(H8 a. 打开参数优化 1y4 3Ims6I]
LE>]8[f6S 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 :[!j?)%>
{> 0wiH#!E 图2 8pgEix/M5o 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: hfy_3} _ ,nB5/Lx -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) /gkX38 -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。 N'`A?&2ru ;BIY^6,7e
qeZ? 7#Gf 图3 KMjhZap% d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 <HVt
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"!%l/_p? 图4
YVanW e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Gk /fBs
OH(waKq2I 图5 .=jay{ 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: e;}7G
/C G"]!2 " 图6 5, 6"&vU, 4.总结 8q}q{8 wx0j(:B] VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7Da` 9c :cw 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。 d,n 'n Y#P%6Fy
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