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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  
;B }4pv}  
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 *6}'bdQbNP  
@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  
@bAu R  
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  
ZBQ@S  
3. 在VirtualLab中的过程操作 =<TJ[,h et  
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。 fCX8s(|F  
"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: _Db&f}.`  
5CfD/}{:#I  
LXth-j=]  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 w xa MdA  
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。 Zv8GrkK  
_1YC9}  
\IqCC h  
wIWO?w2  
iMV=R2t 2  
2)设置多模高斯光源 D '% O<.m  
7^d7:1M  
CZ{7?:^f  
|v 1* [(  
6y^GMlsI  
3) 设置优化函数 R`Hy0;X  
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。 <q I!Dj{  
Pj!f^MN  
$e  uI  
xm=$D6O:  
b. 导入实际测量的远场光强分布 V:+z3)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。 )dJx82" l  
$ 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 j iQ R  
-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 | :id/  
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。 >[~7fxjK-  
Ki&a"Fu3  
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