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2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模
g,*L P 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。 @-)jU! 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。 qf#Ou 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。 |bA\>%~ edD1 9A 1. 建模任务 p@ 0Va [_q3 02 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? -pvF~P?8U
`ZhDoLpH< yL{X}:;} 2. 方法 Em?bV( 8`M) r'5 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: 06X4mu{ .'aW~WR
jOV,q%)^,: <2^XKaS` ,ELbm 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。 xvU@,bzz <2{g[le 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。 Q*&k6A"jx _[M*o0[@W v"-@'qN' gqw
]L>Z 3. 在VirtualLab中的过程操作 :Aq==N_/2 2Tt^^Lb 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。 F)XO5CBK $IUe](a{d 1) 评估最大模式阶数 D[#6jJAb w\SfzJN 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: .Aj4?AXWc cqXP} 5 6)5Akyz4V nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <9Sg,ix't mmax=y方向上光强极大值的数量-1 |%\>+/j$ *e/8uFX 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 d K.k,7R }*Z *wC z"D'rHxy
ebv"`0K$ A-S!Z2m\ 2)设置多模高斯光源 so=Ux2 ,.6)y1!
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6/ # H* Z@f4= i?^lEqy[ 3) 设置优化函数 m6wrG`-di e:`d)GE 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)。 $e#V^dph mqrV:3} a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 5-[bd I a I^Z0[P+
L>@:Xo@ jq_E{Dq1 b. 导入实际测量的远场光强分布 ']Z1n b lD+f{GR
VUd=|$'J 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) E'KKR1t OUM^u* VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 S:F8`Gh ( :h#H[F a. 打开参数优化 YZ\a#s,0 ~Y)h[
glL.CkJ 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 BK*Bw,KQ<
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S`nhb 图2 +5<]s+4T 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: )\3
RR.p |K(jXZ) -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) QJ%[6S -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。 (6g;FD:"6 AhA4IOG`.
F<9S, 图3 09_5niaz[ d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 wbImE;-Z
9$Dsm@tX 图4 I%?ia5]H e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 V!&O5T | |