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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

|3lAye,t)a  
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。 p1gX4t]%}a  
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。 GvtI-\h]  
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。
3R[J,go  
e^Wv*OD'  
1. 建模任务 d*:qFq_  
f I-"8f0_  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? -V_S4|>   
#YYvc`9  
| xI_aYv*  
2. 方法 4k?JxA)  
b0=AQ/:  
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: ^F0jI5j).  
ITqigGan%  
PL_wa(}y]D  
8jGoU 9  
HPCA$LD  
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。 " /-v 9  
9 @*>$6  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Wq&c,H  
>#n-4NZ;p9  
N$\5%  
5)NfZN# &  
3. 在VirtualLab中的过程操作 E_uH' E  
r_Yl/WW  
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。 WWD@rnsVf  
$,#IPoi~X  
1) 评估最大模式阶数 WY~[tBi\  
)g^Ewzy^X  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: !e"m*S.(6{  
'eY[?LJ]U  
q8v!{Os+#  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 D)cwttH  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 v") W@haU  
N!&VBx^z  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 w7V W   
P>Rqy  
Xn'>k[}<k  
4\WkXwoqQO  
U .h PC3  
2)设置多模高斯光源 (\Zo"x;(  
RtQfE+  
gy`qEY~B&  
+%$V?y (  
~mo `  
3) 设置优化函数 p5t#d)  
bdhgHjz  
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)。 %4K#<b"W  
SntYi0,`  
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。 Gw,kC{:C  
(W/UR9x)|d  
{moNtzE;  
gq &85([  
b. 导入实际测量的远场光强分布 (2)9TpE;  
,Gx=e!-N5  
hIr^"kVK  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) *j:5  
aV, J_Q6r  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 zz*[JIe  
lB@K;E@r8  
a. 打开参数优化 9DKB+K.1  
C}E ea~  
P*sCrGO%  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 >(a_9l;q  
'2oBi6|X  
图2
KphEw[4/  
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: L]")TQ  
Xxw.{2Ji!q  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) LK~ 0ck7  
-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。 "ET"dMxU  
Us.jyg7_c  
o 4wKu  
图3
NebZGD2K  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 3W0:0I  
d<e.`dhc  
图4
vkmR cX:/  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  }"tYb6*  
r6G)R+#  
图5 "rJL ^ \r  
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: 7X>3WF  
>?<d}9X  
图6
(^\i(cfu6Q  
4.总结 fsu "Lc  
GjBQxn  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 +__Rk1CVh  
%Kp}Wo6  
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。 1XRVbQt  
dGjvSK<1@  
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