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eXUXoK=T 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。 0[jy 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。 a6fMx~ 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。 IA!( 'Ks $s$z"< 1. 建模任务 IZoa7S&t R6*:Us0\FJ 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 4l560Fb'U Ag^Cb'3X S8^W)XgC; 2. 方法 5Jlz$]f Rcfh*"k 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: s9?klJg W/OZ}ky}^
'/G.^Zl9 CQ9B;i` UF3WpA 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。 "JT R5;`w (%D*S_m' 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。 VD#`1g< C AVqjT7 FT!|YJz<K $_%yr
~2 3. 在VirtualLab中的过程操作 dnSjXyjFB 3FR'N%+ 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 4Bsx[~ u& 3~iIo&NZ 1) 评估最大模式阶数 <H::{ "hdcB
0 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: 18jI6$DY >LRt,.hy6 Ox#%Dm2 nmax=x方向上光强极大值的数量-1 S;[9
hI+ mmax=y方向上光强极大值的数量-1 LS}dt?78`V 6lpfk& 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 wM8Gz.9, 3iMh)YH5b f$[6]7P L}7c{6!F7 X`YA JG 2)设置多模高斯光源 dcew`$SJp { AdPC?R`
t>:2F,0K9 ]-FK6jw pHSq,XP- 3) 设置优化函数 }%Dsy2:y q{?Po;\D 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)。 Q5b~5a O RAKg.49 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。 Lwm2:_\_b N,6(|,m
u^&2T(xGi ~vgm;O b. 导入实际测量的远场光强分布 ?~s,O$o #&a-m,Y$sx bq{":[a 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 8DHohhN xrd@GTaI VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ?4vf2n@ xO"fg9a a. 打开参数优化 5RD\XgyN] b.V\EOk jp?;8rS3 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 o\6A]T=R oVk*G 图2 t4>%<'>e 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: %5.aC|^} }#va#Nb(, -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) f6@fi`U, -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。 GZXBzZ} szW_cjS Jv(9w[ 图3 *;b.x" d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 @=4K%SCw IO3`/R- 图4 / ;>U0~K e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 g$+u;ER5 6apK]PT 图5 xdw"JS} 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: M| r6"~i 2
|lm'Hf 图6 qOOF]L9r%u 4.总结 c4Q{ T1'8<pJ^ VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {v{qPYNyh ]XX9.Xh=- 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。 V }<Hx3! =d07c
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