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真实多模激光的建模
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infotek
2023-05-22 08:22
真实多模激光的建模
ua5?(,E`']
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。
f )Z%pgB
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。
yClx` S(
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。
Sv'y e
9H0Hu]zM
1. 建模任务
G8Z 4J7^
*Dmx&F=3,5
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线?
yX!HZu;j
DgHaOAdU
2xwlKmI N
2. 方法
a4MZ;5
T ?Fcohz(
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:
+7V{ABfGl
@n&<B`/
$wB^R(f@
6w[}&pX"z
q.#[TI ^
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。
px;/8c-
-r7]S
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。
O81X;JdP3
laKuOx}
S=`+Ryc
Sh6JF574T
3. 在VirtualLab中的过程操作
X-LA}YH=tS
)D&M2CUw"f
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。
V/d/L3p
>EsziRm
1) 评估最大模式阶数
i_Re*
hU]HTX'R
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:
lbdTQ6R
+!IQj0&'Y3
~[WF_NU1y
nmax=x方向上光强极大值的数量-1
gi/@j
mmax=y方向上光强极大值的数量-1
N==ZtKj F
xo}b= v
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。
V r(J+1@
$?G"GQ!.
rl#vE's6.e
=J-5.0Q\_\
s=6}%%q6
2)设置多模高斯光源
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:<Y}l-x
1n5(S<T
>T2LEW
VV4Gjc
3) 设置优化函数
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im} ?rY
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)。
u's`*T@.
SzwQOs*
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。
n% 'tKU\q
=gfI!w
?[<Tx-L
?\KM5^eX
b. 导入实际测量的远场光强分布
7(M(7}EKA
G+xt5n.%
{t"+ 3zy'
4) 进行参数优化(Parametric Optimization)
&cWjEx
7cAXd#sI
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。
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SK1!thQy
a. 打开参数优化
Y2B&go
9Zry]$0~R
=S '%`] f?
图1
b. 选择优化变量,即四个模式
G22NQ~w8
[,n c
图2
:j|IP)-f
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:
ES~^M840f
73{'kK
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值)
^ -FX
-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。
5D M"0
-<jL~][S
?D,=37
图3
O#wpbrJ
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化
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3nT Z)L }
图4
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e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果
26X+ }^52
#HS]NA|e@
图5
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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:
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@(P=Eh
图6
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4.总结
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