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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

hV4B?##O  
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。 yS:1F PA$_  
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。 :,(ZMx\  
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。
ec` $2u  
tqo!WuZAj  
1. 建模任务 1z[GYRSt  
Yl6\}_h`  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? O6pL )6d  
xiPP&$mg  
juuV3et  
2. 方法 5U/1Z{  
b,#E.%SLw  
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: Qvd$fY**  
S*1Km&  
A{Q:,S)  
#D{//P|;  
U'acVcD  
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。 #dgWXO  
9v<Sng  
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。 W<D(M.61A  
NK@G0p~O  
88ydAx#P  
}3Y3f).ZW  
3. 在VirtualLab中的过程操作 H19CVc\B  
txwTJScg  
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。 R]Q4+  
k&1~yW  
1) 评估最大模式阶数 mTzzF9n"Y  
ZkJYPXdn?  
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: cKX6pG  
hFjXgpz5  
[T.BK:  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 J dDP  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 WM}bM] oe  
Cu\A[6g,  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 hsQrHs'k  
9J?G"JV?  
{Z_Pry$6  
D>O{>;y[  
o " x& F  
2)设置多模高斯光源  F%6`D  
swVq%]')"  
N+?kFob  
iD|"}}01  
'H`_Z e<  
3) 设置优化函数 8<t?o'9I  
jBEt!Azur  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 r^?%N3  
OwQ 9y<v  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 .JpYZ |  
3X{=* wvt  
zy#E qv  
G2kr~FG  
b. 导入实际测量的远场光强分布 |Js96>B:  
'Z7oPq6  
6!i0ioZzi0  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) C<6IiF[>%  
 jK&kQ  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 P,O9On  
~ S R:,R  
a. 打开参数优化 ^AD/N|X^  
mV;Egm{A\  
SF;;4og  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 -{ZTp8P>  
cJm!3X  
图2
KTk%N p  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: <9/oqp{C4  
"0g1'az}  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) nrA}36E  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 j*$GP'Df3  
X63DBF4A  
''wWw(2O  
图3
?}B9=R$Pi  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 @-;-DB]j  
}qW%=;!  
图4
`ivr$b#  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 [/*85 4  
d?&?$qf[  
图5 sj`9O-?49  
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: P,~a'_w:|D  
[8SW0wsk  
图6
G_[|N>  
4.总结 >lyUr*4PX  
r[M]2h  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ,+*8 @>c  
)u ]<8  
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-O b  
!HqIi@>8  
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