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作者:Daniel Asoubar(LightTrans) _4,/uG|a O 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 R*0]*\C z 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 $,u>, 许可证:CC-BY-SA 3.0 @*e5(@R C(CwsdlP 摘要 &?g!)O sg` V#X#rDfJZ 1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 ,="hI:*< 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 A |u-VXQ 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 6|uv+$ #ZkT![` 1. 建模任务 hXnfZx% C&|K7Zp0v 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? AjVX or,:5Z 4SVIdSA 2. 方法 +[vIocu {ty)2 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: >piVi[` Ty<."dyPW
H2lQ(Y+H 2OVN9_D% ]*?lgwE 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。 wKU9I[] mF:Pplf< 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。 p<[MU4 t"JE+G zfrNM9C %@9c'6 3. 在VirtualLab中的过程操作 n&l(aRoyx ZJe^MnE (G 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。 A^ofs*"Y %rlMjF'tG 1) 评估最大模式阶数 5G2G<[p5oQ 8
XQo 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: .0YcB j(A>M_f; 6(=B`Z}a nmax=x方向上光强极大值的数量-1 8Kw,
1O: mmax=y方向上光强极大值的数量-1 n:|a;/{I]9 Vy=P* 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 O^J=19Ri 8eVy*h2:= 5^D094J|^ 4VF4 8 8WE@ X)e 2)设置多模高斯光源 7KesfH? Mz6\T'rC
STl8h}C H#i,Ve' Z`_x|cU?J 3) 设置优化函数 <Drm#2x!E 0!-'4+" 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)。 qt(4?_J =r4sF!g 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。 zo1T`"Y #{*5rKiL CBO*2?]s denxcDFu/~ b. 导入实际测量的远场光强分布 o}DRp4;Ka mPU}]1*p n}b{u@$ 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) Nw9@E R v%$l( VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 6cd!;Ca idB1%?< a. 打开参数优化 -:95ypi X::@2{-@y
)ut$644R 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 XHxJzYMc vh.-9eD 图2 *^%+PQ 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: (/2rj[F& cRH(@b
Xr -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) B`.aQ -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。 DXG`% <ZMn 43E)ltR=] 2 431v@ 图3 c(uDkX d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 w[F})u]E >yr;Y4y7K 图4 >|, <9z`D e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 T ay226 ?%`Ph ?BZl 图5 0Ix,c( % 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: r!1f>F*dt TE;f*! 图6 1 $1>cuu 4.总结 >-\^ )z etT9}RbQ VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Q>\Ho' yH=<KYk 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。 CcW3o"=4 [0qswsV QQ:2987619807 KAXjvZN1
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