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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
YP,PJnJU8 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。 "_j7kYAl 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。 K7c8_g*>4= 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。 kVv
<tw beE%%C]X 1. 建模任务 `WS_*fJ5 F.D1;,x 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? /p0LtUMu
#7h fEAk KCE-6T 2. 方法 u0b-JJ7)BQ Vz]=J;`Mz 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: P*Sip?tdE ~+yo;[1Yc
ZiYzsn t}*!UixE z&,sm5Lb 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。 :OaQq@V 7,UFIHq 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。 8T
)ELhTj }F6b ] #`0z=w/) v:1Vli. 3. 在VirtualLab中的过程操作 AiK4t- bCUh^#]x 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。 E=lfg8yb: 6F/
OlK< 1) 评估最大模式阶数 F{~r7y;0 sNmC#, 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: DeQ'U!?+N #'J7Wy D s,"E#? nmax=x方向上光强极大值的数量-1 )h_7 2 mmax=y方向上光强极大值的数量-1 x~Ly$A2p 8;f<q u|w 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 7C7(bg,7^ C|IQM4 NG!cEo:2aa
&t|V:_?/x AnE_<sPA 2)设置多模高斯光源 ^O Xr: P I+j|'=M
`e'o~oSu :Z]hI+7 ],}afa!A 3) 设置优化函数 Dw/Gha/ p2c=;5|/Q 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 HZ<f( Nk7e iQ a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ivUsMhx>S, } .H Fm'p
ctUF/[_w; .UhBvHH b. 导入实际测量的远场光强分布 +b,31 ~UJu
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0.BUfuuh 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) n:^"[Le rq(~/Yc VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 4lh
51ajE2+X& a. 打开参数优化 l@Eq|y, |N=@E,33
D"x$^6`c} 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 VkTlPmr
I~]Q55 图2 !,6v=n[Nz 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: 6mF{ImbRbS #[U9(44, -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) csdOIF -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。 x'@32gv SA(U D
/\-2l+y>J 图3 e\A(#l@g d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 rZ!Yi*? f
Tn@UX(^, 图4 DD@)z0W e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :zj9%4A
K{zCp6 图5 ,XeyE;|| 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: +w k]iH
O/DAf|X| 图6 @3-,=x 4.总结 $c@w$2 (@KoqwVWc VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Q$|^~ yV J dZ 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。 }xkLD! < | |