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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

U#n#7G6fRp  
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。 .0G6flD   
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。 ?go:e#  
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/]8mR  
f""`cdqAOh  
1. 建模任务 zyg:nKQW  
A!vCb 8(TX  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? a,Gxm!  
JxjI]SF02  
F3oQ^;xB  
2. 方法 @R m-CWa  
5[{*{^F4  
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: >2 3-  
?k[p<Uo  
i-U4RZE  
< pTTo  
Eh| .  
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。 L'i-fM[#  
[~\PQYm'  
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。 3u>8\|8wz  
@FN*TJ  
WhBpv(q}.  
XCsiEKZ_i  
3. 在VirtualLab中的过程操作 #,(sAj  
fn CItK~y  
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。 dV?5Q_}  
ki;UY~  
1) 评估最大模式阶数 "&Qctk`<P  
^O^:$nXhYy  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: (!5LW '3B  
nH !3(X*  
QHBtWQgS  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +KEkmXZ  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 fQnwy!-\  
T88Y qI  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 !5}l&7:(MN  
mgZf3?,)  
7:NmCpgL!  
dz#5q-r  
.7ayQp  
2)设置多模高斯光源 Lh$dzHq  
he+#Q 6  
= \ , qP  
K:y^OAZfV  
s,*c@1f?  
3) 设置优化函数 m+$ @'TbP  
.wrL3z_  
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)。 Vy G4(X va  
lz | 64J  
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。  1;eX&  
qu6DQ@ ~YC  
vOI[Z0Lq9h  
! o, 5h|\  
b. 导入实际测量的远场光强分布 @LD6:gy  
FrTg4  
VY 1vXM3y  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) &ogt2<1W  
w8~K/>!f  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 S(eQ{rSs  
IF k  
a. 打开参数优化 *j)M]  
x;BbTBc>  
a?cn9i)#  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 Y^ve:Z  
vC/[^  
图2
cJ}QXuuUv  
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: 1@sM1WM X  
u~ F ;x Q  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) WN a0,  
-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。 ? S=W&  
{6vEEU  
ySN V^+  
图3
_94s(~g:  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {M~lbU  
sJr5t?  
图4
s'a=_cN  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 $.e)  
)xl6,bq3  
图5 nZvU 'k:  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: 1-;?0en&0  
\ a-CN>  
图6
U :9=3A2$x  
4.总结 Mn^zYW|(  
* crw^e  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 &,W$-[  
@] .VQ<X|0  
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。 7t(Y;4<2  
6517Km 4-  
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