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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
`r`8N6NQ&] 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。 ZD]1C~) 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。 uw}Rr7q 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。 iAwEnQ3h +(3_V$|Dv 1. 建模任务 j<B9$8x& 5`QcPDp{z 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? KUAzJ[> Q5+1'mzAB Gmz^vpQ]t 2. 方法 5I622d { qNPhi 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: P=QxfX0B 2*|T)OA`m, a#YK1n[! Hc)z:x;Sj %;,fI'M 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 ^,>w`8 .A2$C|a* 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。 b dgkA @NiuT%#c Jj"{C] HZyA\FS 3. 在VirtualLab中的过程操作 uzy5rA== oJ74Mra 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。 qb>41j9_t jx: IK 1) 评估最大模式阶数 j[G`p^ul `^bP9X_a 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: 9L=mS )kpEcMlR qO#3{kW nmax=x方向上光强极大值的数量-1 uE-(^u mmax=y方向上光强极大值的数量-1 d1<";b2Jt^ _%w680b' 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 v/+ <YU 2{-29bq ?d7,0Ex
P KGz Nj% $%y q[$^ 2)设置多模高斯光源 RY , <* i\i%WiRl M.W
X&;> t#k]K] p5G'})x 3) 设置优化函数 QL?_FwZL 9`tK9 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'>!1\?Iq (8duV 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。 i}-uK,^ (jT)o,IW& "tJ+v*E smP4KC"I(d b. 导入实际测量的远场光强分布 <LHhs<M' x/*lNG/ 5S~ H[>A" 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) #[+# bw_6 3_(_yEKx VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 g6GkA.!X$ :gVUk\) a. 打开参数优化 OM86C ;Shu
ZT0\V
]!B 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 J<$@X JLS
akj<*, 图2 spEdq} c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: UcRP/LR%C TZn
15-O -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) %w;qu1j -信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 g`Z=Y7jLH CMt<oT6.?
iC"iR\Qu 图3 8q2a8I9g d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 x~5uc$
As:O|!F 图4 vObZ|>.J~O e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 MpV<E0CmE
p.DQ|? 图5 6Yu:v 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: -F 5BJk
ACszx\[K3 图6 PDNl]? 4.总结 3I6ocj[, BU`X_Z1) VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ?CpVA Aoe\\'O|V 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。 ?nU<cx h 8mI(0m'
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