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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
'1b8>L 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。 ;AOLbmb)H4 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。 VZcW
3/Y 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。 T=-UcF m\jjj^f a 1. 建模任务 M1m]1< p#P<V% 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? lJFy(^KQG,
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_(EZ 2. 方法 AeEdqX) (,o@/ -o 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: LBD],Ba! hE=xS:6
aeN #<M&$< o[Qb/ 7 #OM'2@ 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 C=&n1/ qQ)1+^ VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 =6ru%.8U, Ip7#${f5M yKj}l,i~8 8~Zw" 3. 在VirtualLab中的过程操作 oCkG {c3FJ5: 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。 Gf#l ^yr )ddJ\: 1) 评估最大模式阶数 J2x}@p Zx{ Sxv" 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: V0>[bzI E]n]_{BN] e{87n>+, nmax=x方向上光强极大值的数量-1 h&L-G j mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #lqH/>`> deYv&=SPl 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 VS ECD;u4c ,h1\PT9ULY +j F|8
P,m+^, 7)<Ib
j<M 2)设置多模高斯光源 q
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|(Wwh$ $#n9C79Z@ %E@o8 3) 设置优化函数 6|q"lS*$S KxKZC}4m 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)。 \PT!mbB? PCaFG;} 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。 53aJnxX 46)[F0,$r
Ws3z-U>j rG~W=!bj b. 导入实际测量的远场光强分布 \9p.I?= f@ |[pT
ejR$N!LL 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) =/a`X[9vI a"xRc VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 3 $%#n* VFZyWX@#u a. 打开参数优化 dL4VcUS. gh[q*%#
X:`=\D 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 X4:84
5s^vC2$) 图2 $H3C/| c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: {~51h}>b# ]!S#[Wt {k -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 0&NM=~ -信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 y~]D402Cx V}<<?_
c%,ky$'18 图3 Y{e,I-"{ d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 oq|o"n)~
|b='DJz2 图4 9(HGe+R4o e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 J| &aqY
.yUD\ZGJu 图5 %2D'NZS 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: N4VZl[7?
>clVV6B 图6 )ZLj2H < 4.总结 w_`;Mn%p r`FTiPD.C VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -ys/I,}< pK{G2]OK{U 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。 0# 1~'e $Nvox<d0
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