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作者:Daniel Asoubar(LightTrans) ~#pQWa5 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 QS\H[?M$ 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 .\".}4qQ 许可证:CC-BY-SA 3.0 =0
mf qwoF4_VN 摘要 s<h]2W JPRo<jt= R %aed>zo 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。 $!H;,Jxv 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。 f#FAi3 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。 W;P8=q NI,i)OSEN 1. 建模任务 w|lA%H7`J *S%~0= 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? ~M _@_ !?#B*JGFS @FO=0_;y 2. 方法 ga%gu9 I!Z=3 $, 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: qT5q3A(8 {(Jbgsxm
1Tm,#o 9kZ[Z
,=> NGIt~"e7R4 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 ;&RBg+Pr Ymt.>8L VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 }M7{~ov#s 3)cH\gsg9 (JenTL`%u @
LPs.e 3. 在VirtualLab中的过程操作 m~c6b{F3Z- "{>BP$Jz 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=:ycd! ||yx?q6\h 1) 评估最大模式阶数 ?V&#nA g6aIS^mU 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: 7n}$|h5D uC$!|I Lp31Y .4 nmax=x方向上光强极大值的数量-1 q#D-}R_RN mmax=y方向上光强极大值的数量-1 |2AMj0V~ DL<b)# h# 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ]"q9~ 1zIX
$A IE]? WW5 KJ (|skO Y.yiUf/Q 2)设置多模高斯光源 }IJE% yrvV<}
*3@ =XY7 r_>]yp 7up~8e$_ 3) 设置优化函数 )>"|<h.2] 12]rfd 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)。 pgUp1goAU :Eb=jWA 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。 H^ds<I<) nz2`YyR 1L;3e@G #M ;j*IBl* b. 导入实际测量的远场光强分布 >p*7) 0q6xXNAX {q!GTO 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) zu_bno! ~~r7TPq VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 kY?w] lS)t 3-Bz5sj9 a. 打开参数优化 ]621Z1 7?@ -|{ n:"0mWnL$y 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 ls({{34NF MX7Y1 图2 l6T^e@* c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: FFtB# 6w`.'5 -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 7TtDI=f -信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ]y9u5H^ `T,^os#6 oL
U!x 图3 }vxRjO, d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 z!G?T(SpA Z~AgZM
R 图4 Z'~/=a)7 e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Cy\ o{6 uOAd$;h@_Z 图5 $Sgq7 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: fl8eNiE| %bp'`B= 图6 zDf96eK 4.总结 C1==a FD f"-3'kqo VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 m1D,#=C,_ ThY\K>@] 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。 )YVs=0j Qk2*=BVh QQ:2987619807 d(YAH@
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