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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

T>2_r6;  
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。 waI:w,  
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。 -) LiL  
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。
sOUQd-!"  
oW \k%Vj  
1. 建模任务 >j$y@"+  
-.=:@H}r  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? GLE/ 1  
ev"f@y9Do  
rCp'O\@S  
2. 方法 bs9X4n5  
6( 0ME$  
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: K*[`s'Ip-  
*H({q`j33k  
R Q2DTQ-$  
]oIP;J:&  
{GP#/5$=  
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。 ^ 9`O ^  
wX Kg^%t\  
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。 cWS 0B $$  
?hh#@61  
qb 1JE[2F  
mo()l8  
3. 在VirtualLab中的过程操作 VkJBqRzBOa  
J,Rp&tavt:  
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。 ews{0  
cy @",z  
1) 评估最大模式阶数 J[7Sf^r  
,?/AIL]_  
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: .TpM3b#r  
PyQ P K,  
eRm 9LOp  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 cfhiZ~."T  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 &\>.j|  
Pof]9qE-y  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 @h)Z8so  
3K{G=WE$  
GA+#'R  
c>.=;'2  
vMv? fE"  
2)设置多模高斯光源 X 3q2XU  
P5Is#7udN8  
q'1 86L87  
@T@lHc  
`*-rz<G  
3) 设置优化函数 >1S39n5z.  
}>$3B5}  
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)。 O f.%rpgy  
uG,*m'x']  
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。 ={[9kR i  
Q.i_?a  
*w5xC5*  
Gk-49|qIV  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Pe?=M[u2  
wzf%~ats  
ffI z>Of:  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) HVH<S  
mZ0'-ax   
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 %2,'x  
>e M> Y@8=  
a. 打开参数优化 Gph:'3 *X  
Cc&SHG*R  
,,+iPGa<  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 *iiyU}x  
/5N`E uw  
图2
wrm ReT?  
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: 4RL0@)0F  
T0v{qQ  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) \$W\[s4I  
-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。 lOEB ,/P  
Q/]t $  
~ya@ YP]';  
图3
^t}8E2mq  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 O/Mx $Q3re  
jeWI<ms  
图4
;Z!x\{- L  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Zonr/sA~  
nh*hw[Ord  
图5 O)%s_/UX  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: *_@t$W  
0HPqoen$  
图6
*IQQsfL)  
4.总结  LOi/+;>  
\'.|7{Xu  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 'mYUAVmSC#  
4Qj@:b  
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。 _"h1#E  
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