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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

A(v5VvgZE  
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。 5u=$m^@{  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 '5; /V  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
1wTPT,k  
EgB$y"fs  
1. 建模任务 )8@|+'q  
8lZB3p]X  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? |SSe n#PYp  
al@Hr*'  
$Si|;j$?  
2. 方法 rjWn>M  
W"[Q=$2<<  
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: I;GbS`  
;w(tXcXZ  
O;83A  
>p?Vv0*  
8m"(T-wb6{  
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。 Y:#nk.}>  
sp8P[W1a  
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。 `x:8m?q05  
\\9I:-j:p  
p{0NKyOvU  
d]r?mnN W  
3. 在VirtualLab中的过程操作 .u3Z*+  
+rWcfXOHM  
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。 /{%p%Q[X  
5v_vv'~  
1) 评估最大模式阶数 o ~`KOe  
3](At%ss  
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: Cc}3@Nf{/  
r(OH  
Qr9@e Q1Pp  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 FXG,D J:  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 q~6a$8+t  
8k9Yoht  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 %@MO5#)NI  
_X)`S"EsJ  
~jD~_JGp  
tb/`*Yl@  
*6/OLAkyF  
2)设置多模高斯光源 :zp9L/eh  
rk8Cea  
9r=yfc!cS  
6(8zt"E  
]QSQr *  
3) 设置优化函数 9+"ISXS  
.g>0FP  
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)。 M~l\rg8  
4L<;z'   
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。 Vi<6i0  
Y. KJP ?  
#ja6nt8GC  
s)~Wcp'+M:  
b. 导入实际测量的远场光强分布 ZKF  #(G  
Y$0K}`{  
.1F41UyL  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) >=K~*$&>  
:V~ AjV  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 hka`STK{  
t*wV<b  
a. 打开参数优化 "Tnmn@  
%@^9(xTE  
4vyJ<b  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ODCv^4}9  
[B@R(z=H  
图2
Z> <,t~o}  
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: R47tg&k6[  
d~;U-  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) eCwR }m?_  
-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。 U.c~l,5%"  
 U92?e}=]  
RU+F~K<  
图3
C *]XQ1F4  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 qdxDR 2]U  
T854}RX[{  
图4
sWFw[ Y>  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 j"9Zaq_  
qF4=MQm\aE  
图5 ,~>u<Wc!S  
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: GB{Q)L  
,:pKNWY)Q  
图6
Voo_ ?  
4.总结 ;"]?&ri  
kk ZMoK  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !yu-MpeG  
O5dBI_  
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。 )TOKHN  
J<-2dvq  
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