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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

O>SuZ>g+7  
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。 sP6 ):h  
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。 `i t+D  
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。
462!;/ y  
|{7e#ww]  
1. 建模任务 V~J*49t&2J  
u>,lf\Fgz  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? g,n-s+  
;Na8 _}  
<TLGfA1bC  
2. 方法 ERfd7V<c>  
Y)Znb;`?a  
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: v:veV.y  
(XbMrPKG  
P[rAJJN/E  
Pn'`Q S?  
/'&.aGW4%  
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。 9Eq^B9(  
qa 6=W  
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。 ~@[(N]=q  
[^?13xMb  
:b<-[8d&  
Yl)eh(\&J  
3. 在VirtualLab中的过程操作 T>\nWancQM  
kf+JM/  
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。 }yx=(+jP  
$:f.Krj  
1) 评估最大模式阶数 ov\Ct%]  
&Q'\WA'  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: Wk/fB0  
V~'k1P4  
+Fk4{p  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 U/.w;DI   
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 I$aXnd6)  
Q?* nuE  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 u{g]gA8s  
-;+m%"k5  
5"1!p3`\D{  
DgDSVFk ~  
ky'|Wk6   
2)设置多模高斯光源 v\fzO#vj  
pGY [f@_x-  
MS{Hz,I,  
r> Fec  
E/:+@'(k  
3) 设置优化函数 !?BW_vY  
kj x>  
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)。 xh{mca>?G  
lP}od  
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。 Q8 -3RgAw  
D8k*0ei&  
(3AYy0J%  
jZa25Z00  
b. 导入实际测量的远场光强分布 q|n97.vD  
])N|[|$  
M]J[6EW  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) btUq  
|)^clkuGX  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 HMF8;,<_w?  
f8^"E $"  
a. 打开参数优化 J=@hk@Nq#  
j?=VtVP  
"=9-i-K9B  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 *]FgfttES  
~af8p {  
图2
F\;2 i:(  
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: U%Dit  
h{\t*U 54'  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) MO[c0n%  
-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。 <H<!ht%q3  
s;s0}Td_1  
YQN.Ohtv*F  
图3
dI!8S  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 v,n);  
VxNXd?  
图4
|B 9t-  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Ny[Q T*nV  
]n~yp5Nbr  
图5 $6W3EOl  
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: HB%K|&!+  
Og +)J9#  
图6
_jW>dU^B  
4.总结  Kr S  
I[@ts!YD  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 *K`x;r  
[9LxhPi  
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。 '[%jjUU  
|0lLl^zp  
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