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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

pC2ZN  
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。 AIgJ,=9K  
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。 W ZdEfY{  
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。
{/#^v?,  
VJmX@zX9  
1. 建模任务 0*^ J;QGE  
ZG:#r\a  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? nk|j(D  
EhL 8rR  
D/uGL t~D(  
2. 方法 (C>FM8$J  
#RT}-H  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: 78zjC6}`  
 AV{3f`  
ARvT  
a$H*C(wL  
. J[2\"W  
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。 03$-U0.;-  
nm5zX,  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 exT O#*o  
K =T]@ix$  
booth}M  
|W4 \  
3. 在VirtualLab中的过程操作 G8b/eWtP  
)[_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'gWE0  
& 9X`tCnL  
1) 评估最大模式阶数 f'P}]_3(  
AT Dm$ *  
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: '?7th>pC  
=.NZ {G  
8fA9yQ 8  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 &U q++f6  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 O92a*)  
' NCxVbyYD  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 Q M7z .  
W _j`'WN/  
C/V{&/5w  
rw_T&>!  
juOOD   
2)设置多模高斯光源 Q-;ltJ  
tTrUVuZ  
~3-2Iu^F  
pgT XyAP{  
$T7hY$2Q l  
3) 设置优化函数 s 33< }O0  
`.>5H\w0e  
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)。 3l5rUjRwj  
KY'"Mg^!  
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。 GBOz,_pw  
p_h)|*W{  
^ei[#I  
{6MLbL{  
b. 导入实际测量的远场光强分布 uV1H iv-  
+<&\*VR  
_J^q|  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) tMGkm8y-A  
Zur7"OkQ  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 mtDRF'>P:  
KI(9TI *  
a. 打开参数优化 "h.}o DS  
 |F5^mpU  
W}B 4^l  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 <}'hkEh{d=  
$$C5Q;7w!  
图2
i(.c<e{v~  
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: `K[:<p}  
m(JFlO  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) :H[E W3Q  
-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。 b:fy  
p '{ `Uvr  
oH~ZqX.3  
图3
-,j J{Y~  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 -eAo3  
}D.?O,ue  
图4
=y>P>&sI  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Gjuc"JR7  
$ hB;r  
图5 e #l/jFJU  
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: sQW$P9s c  
cn ,zUG!-h  
图6
 N3^pFy`  
4.总结 lv9Ss-c4  
)CS 7>Vx  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |E @Gsw  
p}uT qI  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 u&l2s&i  
;@K,>$ur-  
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