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真实多模激光的建模
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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。
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=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=vw
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
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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
CvOji1
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$R}F
vRhI:E)So#
C.|.0^5
2)设置多模高斯光源
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F ,;B
iv!; gMco
+ *W%4e
A!$;pwn0
3) 设置优化函数
$x~U&a
V3S"LJ
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。
a S;z YD
uv|RpIv e:
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。
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,Gi%D3lA
Vg^yjP{sv
(.J6>"K<
b. 导入实际测量的远场光强分布
FfRvi8
>qy$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?C9Fr 2
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。
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R].xT-1
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