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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

$RNUr \9A  
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。 r5da/*G/O  
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。 8|qB 1fB  
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。
>AX~c jo  
7O9hn2?e  
1. 建模任务 ?r E]s!K  
4J 51i*`  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 5h=TV  
P(gVF |J?  
V52C,]qQH  
2. 方法 ?-::{2O)  
PWN'.HQ  
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: 1mVVPt^6  
[aM'  
$K_YC~  
$FusDdCv3  
wAl}:|+n  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 4,F3@m:<  
+5t bK  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Jg|cvu-+  
lHKf#|  
w0j/\XN 2s  
G]mWaA  
3. 在VirtualLab中的过程操作 M9s43XL(&  
Y%0d\{@a  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ?)' 2l6  
%nmY:}um  
1) 评估最大模式阶数 5`E`Kb+@  
2\nN4WL 5.  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: <wt$Gglk  
_}e7L7B7g  
6 tc:A5mK  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 B+Y5b5+wOQ  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Cx+WLD  
)XP#W|;  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ?AnjD8i  
wMz-U- z  
v. Xoq  
*!g 24  
ZMoJ#p(  
2)设置多模高斯光源 eB= v~I3  
Zn@W7c,_I  
bR`rT4.F  
69C8-fF0[I  
W}XYmF*_?  
3) 设置优化函数 4L5o\'X  
dh^+l;!L  
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)。 J]}FC{CD!  
IS[Vap:  
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。 )?w&oIj5  
"v(G7*2  
e(yQKwVD  
N5nvL)a~  
b. 导入实际测量的远场光强分布 J3B6X8P'  
YC]PN5[1!  
GS\%mPZ  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 3{N\A5 ~  
h|bqyu  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 FU%~9NKX  
NSw<t9Yi  
a. 打开参数优化 T yU&QXb  
z!fdx|PUX  
_u> t3RUA  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 RfKc{V  
$[,l-[-+  
图2
2Ok?@ZdjA{  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: j"5Pe  
e1Ob!N-  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) yI8 SQ$w0y  
-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。 `h?LVD'l  
`)6>nPr7P  
jZRhKT  
图3
MSl&?}Bj  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 i^WIr h3a  
V] rhVMA  
图4
yO=p3PV d  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 > @+#  
Zd[OWF  
图5 2JVxzj<~`  
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:}C8WKw  
UFe(4]^  
图6
]=x\b^  
4.总结 <c+K3P'3?  
< W*xshn  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 kh3<V'k]  
t,h{+lYU  
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。 \, 8p1$G  
hL!QLiF:  
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