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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
nx,67u/Pb 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。 "O|fX\}5 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。 bah5 f 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。 @Cm"lv.hz #
dxlU/* 1. 建模任务 &^9>h/-XT s$:]$&5 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? Zk}e?Grc
ld[]f*RuW $YaL3n 2. 方法 a+mq=K qr=U=oK 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: OG 5n9sx n*iaNaU"'
XW]|Mv[M uD:O[H-x =$Q3!bJ 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。 o<P%|>qX a$t [}D2 VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ?67j+) o`j%$K4?5 eB$v'9S8/ on&N=TN 3. 在VirtualLab中的过程操作 TJsT .DWW~ V|? 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。 5I(`
s#O |Be.r{l 1) 评估最大模式阶数 _TQt!Re`, ;co{bk|rj 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: $X*$,CCIB ]P<&CEk "v*RY "5# nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \wDOE(> mmax=y方向上光强极大值的数量-1 A7b7IM [ `&9#!T. 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 J;_JHlK `(o1& Tu/JhP/g,`
U-n33ty`H BTd'bD~EA 2)设置多模高斯光源 V">Uh@[J_ (c[h,>`@:
Qn*c<: 3?5
~KxOE( 3UN Jj&-` 3) 设置优化函数 Ugdm" #sqDZ]\B 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)。 <
m9O0 IG9Q~7@ 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。 ;_Rx|~!! .PAkW2\#
=v;-{oN! \
I?;% b. 导入实际测量的远场光强分布 M $~h(3 M2zfN ru
LiB0]+wzj 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) Gg.w-& U<6k!Y9ny VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 %ri4nKGS 3mm`8!R a. 打开参数优化 -dvDAs{X <hK$Cf_
~AE034_N 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 TM^1{0;r5
n~)Y% xe[U 图2 )$]+R?v c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: f$Ap\(. U/iAP W4U -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 3x=F -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。 M5x!84 ?D\%ZXo
(%P* rl 图3 3,F/i+@ d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {!/y@/NK2
0zTv'L 图4 [y{ag{ e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ?\O+#U%W
iZSSd{jO 图5 Asn0&Ys4 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: 5PPy+36<~
"w'YZO]> 图6 %&]}P;& 4.总结 `Eu(r]:W HJ'93, VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 #P4dx'vm |,7J!7T(I 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。 N{`l?t0I kCC9U_dj,
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