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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

Lbcy:E*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。 =~&VdPZ  
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。 C0QM#"[  
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。
U9 #w  
w8p8 ;@  
1. 建模任务 pe.Ml7o"  
SrFx_n  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? e?b)p5g  
!scD|ti  
#AShbl jm+  
2. 方法 V C-d0E0  
l-<`m#/v  
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: cMaOM}mS  
2VA!&`I  
KFU%DU G  
^*0'\/N&  
yrnv!moc%t  
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。 @ &pqt6/t  
BgM%+b8u  
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。 iPvuz7j=h  
 S(  
le8 #Z}p  
d1c0l{JV3  
3. 在VirtualLab中的过程操作 z8"7u /4v{  
xR?V,uV'$&  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 <F(><Xw,-4  
nn+_TMu  
1) 评估最大模式阶数 `:p1&OS  
.XS9,/S  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: I-DXb M  
U<^F4*G  
"j^MB)YD  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 yz8jU*H  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j/KO|iNL2  
T]9m:z X9s  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 v+xB7w  
~e-z,:Af  
K\u_Ji]k  
.X'pq5  
JeCg|@  
2)设置多模高斯光源 IeP WOpj3  
02=lsV!U  
;wHCj$q  
p*20-!{A  
x`%JI=q  
3) 设置优化函数 %%JMb=!%2  
xr%#dVk  
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)。 >/=> B7  
$n!K6fkX%  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 KOh A)  
?!'Zf Q:zK  
}D;WN@],  
O9"/ kmB  
b. 导入实际测量的远场光强分布 f0>!qt  
m@Rtlb  
=0    
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ;j%BK(5  
C\*4q8(  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 y*23$fj(  
Ol!ntNhXm  
a. 打开参数优化 6Fe34n]m  
KEWTBBg  
BCA&mi3q  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 _4g.j  
'3uVkp 6tF  
图2
t.;LnrY  
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: H)n9O/u  
8YbE`32  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) EY tQw(!Q  
-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。 1YH+d0UGn  
.0es 3Rj  
SJHr_bawd  
图3
P'_H/r/#  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 *c2YRbU(  
( SvWv m  
图4
=zz ~kon9  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 *6VF $/rP  
HPZ}*m'  
图5 ' ET~  
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: V;v8=1t!  
Ig f&l`\  
图6
mGK|ihYu  
4.总结 K57&yVX  
3U0`,c\ao*  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ynQ: > tw  
cH&J{WeZa  
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。 U[ 0=L`0e  
P(f0R8BE  
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