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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
U#n#7G6fRp 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。 .0G6flD 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。 ?go:e# 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。 h b/]8mR f""`cdqAOh 1. 建模任务 zyg:nKQW A!vCb
8(TX 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? a,Gxm!
JxjI]SF02 F3oQ^;xB 2. 方法 @R m-CWa 5[{*{^F4 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: >23- ?k[p<Uo
i-U4RZE < pTTo Eh|. 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。 L'i-fM[# [~\PQYm' 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。 3u>8\|8wz @FN*TJ WhBpv(q}. XCsiEKZ_i 3. 在VirtualLab中的过程操作 #,(sAj fnCItK~y 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。 dV?5Q_} ki;UY~ 1) 评估最大模式阶数 "&Qctk`<P ^O^:$nXhYy 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: (!5LW'3B nH !3(X* QHBtWQgS nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +KEkmXZ mmax=y方向上光强极大值的数量-1 fQnwy!-\ T88Y
qI 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 !5}l&7:(MN mgZf3?,) 7:NmCpgL!
dz#5q-r .7ayQp 2)设置多模高斯光源 Lh$dzHq
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qP K:y^OAZfV s,*c@1f? 3) 设置优化函数 m+$ @'TbP .wrL3z_ 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)。 VyG4(Xva lz |
64J 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。 1;eX& qu6DQ@
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vOI[Z0Lq9h ! o,5h|\ b. 导入实际测量的远场光强分布 @LD6:gy FrTg4
VY 1vXM3y 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) &ogt2<1W w8~K/>!f VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 S(eQ{rSs IF
k a. 打开参数优化 *j)M] x;BbTBc>
a?cn9i)# 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 Y^ve:Z
vC/[^ 图2 cJ}QXuuUv 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: 1@sM1WMX u~ F;xQ -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) WNa0, -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。 ? S=W& {6vEEU
ySNV^+ 图3 _94s(~g: d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {M~lbU
sJr5t? 图4 s'a= _cN e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 $. e)
)xl6,bq3 图5 nZvU'k: f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: 1-;?0en&0
\ a-CN> 图6 U
:9=3A2$x 4.总结 Mn^zYW|( *crw^e VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 &,W$-[ @]
.VQ<X|0 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。 7t(Y;4<2 6517Km 4-
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