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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

<i5^izg  
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。 z(ajR*\#  
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。 (R, eWWF8~  
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。
"~ /3  
$#!~K2$  
1. 建模任务 iw{n|&Y#`  
Um~jp:6p  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? M$)+Uo 2  
/X?Nv^Hy  
[Xrq+O,  
2. 方法 xqr`T0!&  
O Rfl v+  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示:  LCG<  
`XnFc*L 1  
e#seqx  
5*CwQJC<  
H|^4e   
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 Zj JD@,j  
L=$P  
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。 bY<"$);s  
AIeYy-f  
ovl@[>OB  
%nIjRmqM~  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ] !H<vR$8  
s[g1e i9  
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。 5Ql6?U HD  
yF:fxdpw  
1) 评估最大模式阶数 L/ZZe5I  
DFiexOb  
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: e D}Ga4  
f9$98SI  
)*uI/E  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Mk?9`?g.  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~$@I <=L  
y`N1I  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 5mV'k"Om#"  
6QV/8IX  
O~D}&M@/R  
=}L[/RL  
 LKm5U6  
2)设置多模高斯光源 Ze~\=X" "  
;HC"hEc!  
ugCc&~`  
D H/1 :H  
^b%AwzHH}  
3) 设置优化函数 ^,X+ n5q;m  
Pg:Nz@CQ  
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)。 q q`Uv U  
NZ_45/(dx  
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。 +vQyHo  
Q=dR[t>^  
T4UY%E!0  
h$k(|/+  
b. 导入实际测量的远场光强分布 t^YDCcvoQ  
G6 GXC`^+  
*8Lym,]  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) u&<LW4  
7fVVU+y  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 d ] [E;$  
^^[,aBu  
a. 打开参数优化 2q#$?qs_b  
J@$>d  
Ywni2-)<  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 cB<Zez  
=gj]R  
图2
rF5<x3  
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: |k^X!C0  
,Pl[SMt!  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 41:Z8YL(  
-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。 mX#T<_=d  
<l\FHJhjq  
f(3#5288  
图3
\UiuJ+  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ]s<Q-/X  
/r)d4=1E  
图4
?GFVV->i  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 SVR AkP-  
y_'8m9Qy)  
图5 u%T.XgY=j  
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: 0D\FFfs  
{ u;ntDr  
图6
-?GYW81Q  
4.总结 \'p)kDf  
Ar\`OhR  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 l@^RbF['  
`aC#s3[  
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。 * "E]^wCn  
. E.OBn  
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