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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
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\ 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。 9$;5J 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。 $sda'L5^p 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 &l1t5 ! Cd
2<r6i 1. 建模任务 R P<M v#%rjml[ 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? x"e;T,c
Mh-"B([Z +u0of^}= 2. 方法 *u"%hXR ofQs
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1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: 7cGOJA5& !~~KM?g
s_IFl5D]
*af\U3kx yj4"eDg] 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 -@"3`uv" Kgr<OL}V J VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 &'W7-Z\j- JR.)CzC C?gqX0[ q 0j!3\=P$ 3. 在VirtualLab中的过程操作 18rV Acj ;7:} iKU 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。 xB Wl|j }'eef"DJ9 1) 评估最大模式阶数 49=pB,H;H X1.-C@o 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: >:6iFPP 6GunEYK!N8 [S,$E6&j$" nmax=x方向上光强极大值的数量-1 :a;F3NJ mmax=y方向上光强极大值的数量-1 4uOR=+/l ~F'6k&A^q 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 $5 mGYF] e3SnC:OWf {. 9BG&
>2{Y5__+e VtLRl0/ 2)设置多模高斯光源 (x2?{\? _F6<ba}o3
erEB4q+ #O Ip{R'HG/ VU,G.eLW 3) 设置优化函数 <?7qI8 5OT 1cOR?=G~ 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ,M3hE/rb/ 7@<.~*Bl6 a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 yor'"6)i MQwxQ{
K^fs#7 (_e[CqFu b. 导入实际测量的远场光强分布 >va_,Y} ZcXAqep8'
GbQi3% 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) J"AR3b@,$? h^=;\ng1l VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 {FvFah <7U~0@<Y a. 打开参数优化 rk1,LsZVS PEvY3F}_rh
WBWW7 HK 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 3Y38lP:>h
`qs,V 图2 SDC|>e9i 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: c46-8z$ ' J@J$#6 -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) =_-u;w1D -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。 #8et91qw zz
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h s',f 图3 r!Dk_|Cd d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 s>6h]H
>S:(BJMo 图4 \09A"fs{ e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 c@[Trk m
O +o)z6( 图5 $t%IJT 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: Y
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=8 @DYz' 图6 }
KyoMs 4.总结 Nksm&{=6S %.=}v7&<z VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 v>`Fo[c "G@K(bnHn 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。 2JK
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