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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

cWm.']  
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。 gpPktp2  
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。 \.{?TB  
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。
lB,MVsn18  
s;A]GJ  
1. 建模任务 o)NWsUXf  
q,2 @X~T  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? Q)v8hNyUmA  
0FXM4YcrJO  
UZV)A}  
2. 方法 *rWE.4=&  
g?`w)O 7v  
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: ^s%Qt  
y};qo'dlt  
UHXlBH@  
H94$Xi"Bd  
/wmJMX  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 W2REwUps  
J9 /w_,,R$  
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。 3b|.L Jz+  
}D0j%~&"e  
]J~5{srq:  
#Qkl| h  
3. 在VirtualLab中的过程操作 p<Zf,F}  
DRw%~  
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。 ow+NT  
IUzRE?Kzf  
1) 评估最大模式阶数 Y~Zg^x2  
e7<~[>g)  
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: :5;[Rg5 2  
t#kmtJC  
3n X7$$X  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 a29mVmi>  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 sW[42A  
C}45ZI4  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 L[IjzxUv  
O#9Q+BD  
NAL%qQ  
0ro)e~_@*  
d`^j\b>5(  
2)设置多模高斯光源 UUX _x?BD  
 d+=;sJ  
NJn~XCq  
V$@@!q  
d d8^V_Kx  
3) 设置优化函数 )5&Wt@7Kj`  
W.>yIA%  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 <;M6s~  
5PdC4vI*+  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 E|#'u^`yv  
;u , 5 2  
}**^ g:  
S&@~F|  
b. 导入实际测量的远场光强分布 OG0ro(|dI  
^fH]Rlx  
)\p@E3Uxf  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) r)ga{Nn,.  
] 5c|  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 "x&H*"  
852$Ui|I  
a. 打开参数优化 %$Mvq&ZZ  
rY88xh^  
}i?P( Au  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 lkBab$S)  
v^JyVf>  
图2
!i{@B  
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: wMei`svY  
Z$Qlr:7  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) H~&9xtuHN  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ?^0#:QevC  
 k:R9wo  
rXvvJIbi  
图3
HA"LU;5>2J  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 n8J';F =P  
vP? "MG  
图4
@~/LsYA:  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 eRC@b^~  
[K%J t  
图5 o{m$b2BW  
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: 0p:n'P  
V<P@hAAr  
图6
,c}Q;eYc3  
4.总结 ZJ  u\  
8%I4jL<  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 D6c4tA^EO  
mbSJ}3c"  
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。 CQ6Z[hLWF  
O zY&^:>  
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