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真实多模激光的建模
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真实多模激光的建模
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发表于: 2021-09-16
作者:Daniel Asoubar(LightTrans)
U} g%`<
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028
;DGWUK.U[H
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱
~L1N1Z)Kk
许可证:CC-BY-SA 3.0
9np<r82
7'<4'BGzl]
摘要
(*2"dd
q2SkkY$_]y
5 Fd ]3
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。
lF#Kg!-l
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。
^yb_aC w
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。
N*z<VZ
-Pvt+I>
1. 建模任务
85X^T]zo
Ea3tF0{
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出
光线
?
1] kk
>,9t<p=Q
8G@FX $$Q
2. 方法
O_:Q#
J^?O]|
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:
|l~ADEg
`SU;TN0
kC#;j=K?
*]EcjK%
d,H%
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。
E+>;tLw3j
g-]td8}#
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。
Z-~^)l o
\Z~m6;
eygyVhJ
]:f1r8<3p
3. 在VirtualLab中的过程操作
R0+m7mx#E
'IgtBd|K>
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。
oL~Yrb%R
I4)vJ0
1) 评估最大模式阶数
HY42G#^
00Rk %QV
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:
_%>.t
mHhm~u
v|e\o~2D`
nmax=x方向上光强极大值的数量-1
!P;qc
mmax=y方向上光强极大值的数量-1
I?:V EN:
xq]&XlA:ug
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。
&fTCY-W[
zZy>XHR H
Tu"yoF
*[jaI-~S
$X{& KLM[
2)设置多模高斯光源
FqiK}K.~/
1HZexV
Z86[sQBg
RXP"v-
dp?uq'
3) 设置优化函数
MRa>@Jn??A
''(T3;^ +
在设定优化函数时需要用到一个特殊的
探测器
:谐波场集的
衍射
光学
优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。
>SzTZ3!E
A76=^iw
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。
OO@$jXZB
v14[G@V~\
bv] ZUF0
cEN^H
b. 导入实际测量的远场光强分布
'3xSzsDn
</}[x2w?]
&Y,Rm78
4) 进行参数优化(Parametric Optimization)
,5/gNg
i7p3GBXh[
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。
UOwj"#
EEaFi8
a. 打开参数优化
B>'\g O\2
]l\J"*"aB
w?R6$n`
图1
b. 选择优化变量,即四个模式
2{qoWys8[
Sz._XY^
图2
3sL#_@+yz
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定:
ugL$W@
-}>Q0d )
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值)
^WRr "3
-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。
\t(/I=E8/
e]5QqM7
J0x)m2
图3
B.{yf4a#L
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化
HH]LvK
[`:\(( 8
图4
;TR.UUT
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果
rzex"}/ly
r+U-l#Q
图5
V^Nc0r
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` N-^x
s5[ Cr"q7B
图6
} o=g)
4.总结
Kg%_e9nj#
,,6e }o6
VirtualLabTM允许
模拟
真实的多模高斯激光源。
Nc7YMxk'H
^,rbA>/L
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。
U_!6pqFc
w</kGK[O
QQ:2987619807
m=#2u4H4
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