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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
^ wXKg^%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
qb1JE[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$ G A+#'R
c>.=;'2 vMv?
fE" 2)设置多模高斯光源 X 3q2XU P5Is#7udN8
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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)。 Of.%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
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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 >eM>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`Euw 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
0 HPqoen$ 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 )MeeF-Ad6
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