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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

&f&z_WU  
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。 v\p;SwI   
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。 s kg*  
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。
#1>X58I^  
Z!hafhcX  
1. 建模任务 'fW6 .0fXa  
5nsq[Q`  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 4;2< ^[M  
) $PDo 7#  
&hRvol\J  
2. 方法 G "73=8d  
J~#;<e{\"  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: d/i`l*  
AhZ8 0!  
HD(.BW7  
m=YU2!Mb  
1Tu *79A  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 qh`t-  
F&&$Qn_+  
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。 \hB5@e4i2  
9uGrk^<t  
=jN *P?  
'nF2aD%A  
3. 在VirtualLab中的过程操作 St e=&^  
9/nn)soC3  
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。 \EVBwE,  
)oyIe)  
1) 评估最大模式阶数 V,$0p1?J  
'0FhL)x?"T  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: Rz.?i+  
1Z9qjV%^  
%Ah^E$&n2  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 >uSy  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 5=f|7yl  
zzxGAVu  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 p`l0?^r c"  
['T:ea6B  
h=:Q-?n-  
[D!jv "  
Rj4|Q:XG  
2)设置多模高斯光源 1R,:  
hRCed4qA  
zzyHoZJP  
gXjV?"^kUl  
<WcR,d  
3) 设置优化函数 2o'Wy  
h@[R6G|  
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)。  jrS[f  
wYmM"60  
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。 sD=n95`v  
$g sxO!G  
C_7+a@?B  
v61[.oS  
b. 导入实际测量的远场光强分布 ; d J1  
{|'E  
:AE&Ny4  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) (JM5`XwM  
(Tbw3ENz  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 QnJZr:4b  
T7#W0^tj  
a. 打开参数优化 svq<)hAf<  
 w/kt3Lw  
}yz (xH  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 `I3r3WyA  
W' s  
图2
F~P%AjAx'  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: ;S>])5<  
wbst8 *$  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) jJ5W>Q1mK$  
-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。 %;rHrDP(>  
hUF5fZqii  
u4/kR  
图3
$GTU$4u  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 FGoy8+nB1M  
@9lUSk^9  
图4
lQe%Yh >rl  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 QC9eUYe  
#n#@fAY  
图5 9;B0Mq py  
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: CL+}| 7O(  
J%,*is EL  
图6
"t~  
4.总结 5Er2}KZJv,  
SgS~ {4Zx*  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 O R;uqV@  
FSA1gAW6g  
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。 iT%} $Lu~  
* /:x sI  
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