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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

pem3G5 `g=  
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。 <m?GJuQ'  
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。 5}vRo;-  
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。
hB|H9+  
:iP>z}h  
1. 建模任务 v_y!Oh?EG  
^L>MZA ?  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? fG:PdIJ7_  
Fpy6"Z?z  
eXj\DjttG}  
2. 方法 FQ ;4'B^k]  
P5'iYahCq_  
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: #G'S ve?  
$sA,$x:^xI  
Ha46U6_'h  
ti$oZ4PpF  
!^c:'I>~  
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。 Y|{r vBKjf  
YD/B')/ s  
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。 '5|Q<5!o  
]_^"|RJ  
-X"5G  
:BewH?Ku  
3. 在VirtualLab中的过程操作 oV0LJ%  
k#1`  
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。 [;>zqNy  
_n-VgPRn  
1) 评估最大模式阶数 &{-oA_@  
)GiFkG  
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: eT7!a']x  
m#5|J@]  
;n(#b8r9  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \_*?R,$3Y,  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 1g~Dm}m  
(cOND/S  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 n/9 LRZD|w  
jMm_A#V>p  
Ns+)Y^(5  
jI*}y[o  
KuIt[oM  
2)设置多模高斯光源 P#dG]NMf  
?D*Hl+iu  
N.fQ7z=Z(M  
Yv#J`b@y  
]y1$F Ir+  
3) 设置优化函数 ?~VWW<lR  
l>3M|js@/  
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)。 2.fyP"P L  
mhHA!:Y  
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。 Z^/z  
HMEs8.  
gmF_~"^34  
htUy2v#V  
b. 导入实际测量的远场光强分布 {#dp-5V  
Mr5('9%  
rE1np^z7  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) "VT{1(]t  
;#5-.z  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 B#qL$M,|  
"k\Ff50  
a. 打开参数优化 I,],?DQX2)  
n}AR/3}  
x[GFX8h(k6  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 @!L@UP0  
n&2=6$*,k  
图2
b:}wR*Adc  
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: (]zl$*k  
Xhq? 7P$3  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) JqVBT+:  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 mFgb_Cd  
^G'yaaLXR  
A:8FJ3'  
图3
UZ4tq  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {|Mxvp*Hg  
wRV`v$*6  
图4
$+!}Vtb  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 WQIM2_=M  
@,y FY  
图5 eu}:Wg2  
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: T(sG.%  
gNEzlx8A  
图6
w{YtTZp3  
4.总结 DiGUxnP  
^V XXq  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (04j4teE  
5fvUv"m  
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。 ;4S [ba1/  
EvH(Po h  
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