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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
Kx,<-]4 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。 y-:d`>b>\ 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。 R?kyJ4S 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。 i"y @Aj!7 iC<qWq|S_m 1. 建模任务 #Bas+8
@, flU?6\_UC 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? WNV}@
:W1B"T< Ykj+D7rA: 2. 方法 )>^!X$`3 D +9l$**a 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: 3gba~}c) H*EN199
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8R (yhnv Z p!~V@l 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。 nTPq|=C ]KRw[}z 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。 Sa$-Yf vHx[:vuq: b(:U]>J 0\yA6`}! 3. 在VirtualLab中的过程操作 kR;Hb3hb [Xo[J?w],2 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 g,5Tr_ #?RT$L>n 1) 评估最大模式阶数 B["C~aF ]9NA3U7F 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: kTs.ps8ei =$Sd2UD :PDyc(s{ nmax=x方向上光强极大值的数量-1 xIa8Ac mmax=y方向上光强极大值的数量-1 45tQ$jr`1 /~;om\7r 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 59M\uVWR Y`!Zk$8 -1tiy.^$F
#\$AB_[ot> _tQR3I5 2)设置多模高斯光源 jZ> x5 W 1gDsL
OS$^>1f" yk&PJ;%O< #hF(`oX}4K 3) 设置优化函数 78/,rp#'_ ]?a i 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 =2.q=a|' q!\4|KF~ a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 MPD<MaW$ ,\=,,1_
L/2,r*LNx$ qv.s-@l8 b. 导入实际测量的远场光强分布 cCbZ* \d}>@@U&
|WDMyKf6J 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) cMp#_\B X6SWcJtSw VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 6_kv~`"t Z g!DJW a. 打开参数优化 B0|!s b]k9c1x
^n&_JQIXb 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 V(3=j)#
EohvP[i 图2 b ]u01T- 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: yU'<b.] \x;`8H -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) Tqj:C8K{ -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。 X_aC$_b T1#r>3c\
f O ,5
u; 图3 iR]K!j2 d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 @jY=b<
x>$e* 图4 ]I'dnd3e e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 WJj5dqatV
T: I34E[ 图5 f@Yo]F U 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: Lv
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tT9 图6 h5<eU;Rw+ 4.总结 ApNS0 `i<omZ[aT VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 z}w7X6&e AW8*bq1 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。 ?"$Rw32 #+#^cqjZ
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