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infotek 2023-05-22 08:22

真实多模激光的建模

g,*LP  
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。 q &#f#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\>%~  
edD19A  
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  
$IUe](a{d  
1) 评估最大模式阶数 D[#6jJ Ab  
w\SfzJN  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: .Aj4?AXWc  
cqXP}5  
6)5Akyz4V  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <9Sg,ix't  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 |%\>+/j$  
*e/8uFX  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 dK.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!  
| 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)。 $e#V^dph  
mqrV:3}  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 5-[bdI  
aI^Z0[P+  
L>@:Xo@  
jq_E{Dq1  
b. 导入实际测量的远场光强分布 ']Z1nb  
lD+f{GR  
VUd=|$'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<  
md 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(j XZ)  
-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$Dsm@tX  
图4
I%?ia5]H  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 V!&O5T(~  
#)BbW40f6  
图5 ps@;Z ?Q  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: qPH=2k ,H  
W|,Y*l  
图6
%pd-{KR  
4.总结 w+_pq6\V  
m,|)$R  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 'n$TJp|s  
?7k%4~H t  
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。 OL0W'C9oA  
77?D ~N[  
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