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真实多模激光的建模
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infotek
2023-05-22 08:22
真实多模激光的建模
19[.&-u"
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。
0XC3O 8q
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。
re4z>O*
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。
+~1FKLu
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1. 建模任务
/,<s9 :
Oku7&L1
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线?
WS@"8+re;
"fN 6_*
sw:a(o&$
2. 方法
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@d0~'_vtB
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:
8F$]@0v`%
>%N,F`^3
#N"QTD|i
YoK )fh$
m}beT~FT_
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。
pI_:3D xe
@bAuR
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。
%Yg|QBm|
0\k{v
'!MKZKer
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3. 在VirtualLab中的过程操作
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zG%'Cw)8
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。
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"d0D8B7HI@
1) 评估最大模式阶数
s=K?-O
!@arPN$
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:
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5CfD/}{:#I
LXth-j=]
nmax=x方向上光强极大值的数量-1
w xaMdA
mmax=y方向上光强极大值的数量-1
fL-$wK<p<
+KTHZpp!c2
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。
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iMV=R2t 2
2)设置多模高斯光源
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6y^GMlsI
3) 设置优化函数
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mO8/eVws[M
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)。
r{*BJi.b
>V\^oh)t]t
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。
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Pj!f^MN
$e uI
xm=$D6O:
b. 导入实际测量的远场光强分布
V:+z 3)qF
8NJT:6Q7l
~Jj~W+h
4) 进行参数优化(Parametric Optimization)
);n/G
p|BoEITL
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。
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$ 1m}lXk
a. 打开参数优化
^oW{N
uK ,W
K7nyQGS
图1
b. 选择优化变量,即四个模式
mwI7[I2q
n@q-f-2
图2
hp2$[p6O
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:
mGkQx -|
-_O jiQR
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值)
,^DP
-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。
+B&+FGfNU
Oi-%6&}J
Qam48XZ >
图3
(qz)3Fa
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化
VC%.u.< F
Io&HzQW^a
图4
R-wz+j#
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果
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L1y71+iqU
图5
"{Y6.)x
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:
~CdW:t
G!h75G20
图6
<z>oY2%
4.总结
g=,}j]tl
9b@yDq3hQ
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。
RAuVRm=E
|>.</68Z
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。
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Ki&a"Fu3
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