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infotek 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  
8<X; 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~`"tZ  
g! DJ W  
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)#  
Eohv P[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]FU  
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 UQ&NmY  
#gsJ 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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