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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

CqK&J /8  
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。 F[am2[/<A  
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。 b7-M'-Km0_  
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。
Y$JGpeq8w  
EHI %QT  
1. 建模任务 )B"k;dLm  
2S%[YR>>  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? h&5bMW  
ctg U  
_{Z!$q6,  
2. 方法 l$[7 pM[  
>- S?rXO  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: jGm`Qg{<  
 SXqWq  
*Wbs{>&No  
2fqg,_  
r_R( kns  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 T'i^yd }*v  
HpLCOY1-  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Kd='l~rby  
4Fu:ov ]M  
6=pE5UfT  
.4CCR[Het  
3. 在VirtualLab中的过程操作 y~ 2C2'7  
F#b^l}  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 nm#ISueh  
L<D<3g|4  
1) 评估最大模式阶数 q\DN8IJ  
nj1TX  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: kh4., \'  
C4[)yJ  
~`Y!_'(x  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 rtSG- _[i  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 EjA3hHJ  
hr@kU x  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 kuq&8f~!  
:  I q  
/nq\*)S#&  
REg&[e+%  
zi^?9n),  
2)设置多模高斯光源 ApD`i+Y@  
.IU\wN  
*SK`&V  
\V(w=   
FG:t2ea  
3) 设置优化函数 IRknD3LX  
BQ:hUF3  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 p3,m),  
&wa2MNCG8  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ^j!2I&h1  
MvKr~  
Q]{ `m  
JT p+&NS  
b. 导入实际测量的远场光强分布 1j*E/L  
pi|=3W  
`Sx1?@8(  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) fi~jT"_CI  
|yinVfZ0C  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ~@\sN+VS  
)Drif\FF)  
a. 打开参数优化 I=pFGU  
i7b^b>B|e  
N mA6L+  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ffQm"s:P  
*{("T  
图2
Q_)$Ha{>H,  
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: Qt\^h/zjG  
O)!S[5YI  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) :Vy*MPS5  
-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。 ES\=MO5a7  
b~*CJ8Ad  
7Ucq(,\./  
图3
iN9G`qF3!Q  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 E*x ct-m#  
ZY|$[>X!  
图4
{G+iobQdd  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ^kK% 8 u  
KPAvNM  
图5 f28bBuv1?  
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: ,1B` Ve  
]*hH.ZBY"^  
图6
e^}@X[*'#  
4.总结 "&/lF[q  
\hWac%#  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 B- D&1gO  
}]Nt:_UCX  
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。 V KxuK0{  
D\| U_>  
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