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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
eW%Cef 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。 jFS])",\i 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。 4h% G %>j 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。 Y~vyCU5nWR Mkc
1. 建模任务 lsJl+%&8 (S MnYh4 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? oihn`DY{
REqQJ7a/ "QCtF55X& 2. 方法 Q>OBK&' :De@_m 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: ,6N|?<26O 02+ k,xFb
=zaf{0c Ss>ez8q ?w/i;pp<, 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。 ~@Yiwp\" C1/qiSHsh 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。 7T7
A[A\ 'F-;uN ">zK1t5= (x)}k&B; 3. 在VirtualLab中的过程操作 ::goqajV aL?+# j^" 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。 sn>2dRW{ MK1V1F` 1) 评估最大模式阶数 GhlbYa jg)+]r/hS 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: (*6kYkUK (%N=7? ,oin<K nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,$4f#) mmax=y方向上光强极大值的数量-1 %X|fp{C ]{.iv_I 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 D5Z@6RVt oh^/)2W GvB;o^Wd
8D]&wBR: d2~*fHx_! 2)设置多模高斯光源 0eMO`8u[A Jam&Rj,
)c6t`SBwi #aHJ|[[(n L<QjkFj 3) 设置优化函数 $l
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7me T<a/GE/
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 RA_gj lJi R(t1Ei.-? a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 6x*$/1'M3; jx=5E6(h
z<I@SI^> " J4?Sb < b. 导入实际测量的远场光强分布 g6D7Y<}d L>3- z>u,
1#w'<}h#U 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) XI5TVxo(q , tEd> VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 7QXp\<7 U,g)N[| a. 打开参数优化 hJc^NU5 l_lK,=cLj+
H~1o^
gU 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 HKXtS>7d
n/ CP2A 图2 6uu49x_^L4 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: BD_"w]bqD G<m6Sf -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) }Q1m -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。 ETQL,t9m $5r1Si)
Rq[VP# 图3 u-k!h d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 H1or,>GoO
d%lwg~@&|5 图4 ']^_W0?= e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pKzrdw-!
j"4]iI+ {" 图5 _08y; _S 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: VthM`~3
i}_d&.DbF 图6 UNhM:!A 4.总结 E/Adi^ A4IPd VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 R-]i BL 52v@zDY 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。 F!MxC BnPL>11Y
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