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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

%R?#Y1Tq;  
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。 }c'T]h\S  
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。 ^Kn:T`vB  
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。
w s7LDY&(  
X,`e1nsR  
1. 建模任务 XVY j X  
e# KP3Lp  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? q[%SF=~<k{  
|4F'Zu}g>  
c)zwyBz  
2. 方法 m =%yZ2F;  
8C<%Y7)/  
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: M$2lK^2L  
n4 J*04K  
Ui }%T]  
 y-)5d  
-{eI6#z|\A  
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。 K"VRHIhfg  
%Sw hNn  
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。 Mgg m~|9)  
pxHJX2  
vp`s< ;CA  
h2vD*W  
3. 在VirtualLab中的过程操作  B q7Qbj  
K7]QgfpSZ  
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。 1^y^b{  
Kl w9  
1) 评估最大模式阶数 u-HBmL  
N@\`DO  
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: }N W01nee  
Ypw:Vp  
<xr\1VjA  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 $@<cZ4  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 SsQg8d  
;g_<i_ *x#  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 `r*bG=  
oVeC@[U  
yn.f?[G2  
5U<;6s  
+%LR1+/%b  
2)设置多模高斯光源 0-Vx!(  
RV_+-m{]  
sjwD x0(7=  
GA2kg7  
,=`iQl3(y/  
3) 设置优化函数 T&s}~S=m  
f}VIkx]X"  
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)。 lAo S 9w  
:U/x(  
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。 YH'j"|{  
aui3Mq#f  
'*n2<y  
#]lK!:  
b. 导入实际测量的远场光强分布 6Wc'5t3  
n@y*~sG]  
eX <@qa4<  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ?7R&=B1g  
4'`y5E  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 z*G(AcS)  
e6uVUzP4  
a. 打开参数优化 Z,5B(Xj  
==Bxv:6  
MUvgmJsN  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 w4j,t  
X"O^4MnvI  
图2
3Tz~DdB  
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: E  *{_=pX  
AMc`qh  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 9 hdz<eFL  
-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。 HiT j-O  
SX@zDuM  
@]X5g8h  
图3
_p\O!y  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .|<+-Rsj  
>0.a#-u^  
图4
Pm!/#PtX  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 'uU{.bq  
lbiMB~rwI  
图5 ]j57Gk%z  
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: = `oGH  
tW} At  
图6
6;#Rd|  
4.总结 6>j0geFyE2  
m! _*Q  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 vDcYz,  
Jj,fdP#\  
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。 aF%V  
<-F[q'!C1  
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