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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) T d4/3k  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 n4>  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 }&y>g0$@  
许可证:CC-BY-SA 3.0 !b rN)b)f  
k1$|vzMh  
摘要 %a8'6^k  
9D(M>'Bh  
OrPIvP<w@  
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。 JI3AR e?y  
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。 / w_ Sc{  
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。
 42Gr0+Mb  
%ghQ#dZ]&  
1. 建模任务 Gd%6lab  
}UXj|SY  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? KP _=#KD  
+@Fy) {C7  
>kz5azV0  
2. 方法 0>H<6Ja  
d+fmVM?p  
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: /-^gK^  
@r+ErFI  
S'Yg!KwX  
 R(k6S  
gBYL.^H^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。 z ]o&^Q  
K?-K<3]9f  
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。 ;)0vxcMB  
X2dTV}~i  
7R7g$  
L@CN0ezQs  
3. 在VirtualLab中的过程操作 KOhy)h+ h  
-CtA\< 7I  
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。 P:(,l,}F8  
S,G=MI"  
1) 评估最大模式阶数 U+@yx>!  
Mr2dhSQ !  
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: e>nRJH8pK  
Ip.5I!h[Xb  
L.U [eH  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @ew Qx|  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 FLEf(  
Bwb3@vNA  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 $aE %W? \  
e<~uU9 lg1  
S;+bQ.  
4{CVBowi  
\dIIZSN  
2)设置多模高斯光源 wXuHD<<  
w gATfygr  
%?X~,  
[g=yuVXNZZ  
Va(R*38k  
3) 设置优化函数 F3H)B:  
VG2TiR1  
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)。 N(t1?R/e,  
3t68cdFlz  
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。 K`(STvtM  
4K0N$9pd:  
R/ l1$}  
3z\:{yl  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Z7k {7  
"JJ )w0  
GG(rp]rgl  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) tz1iabZ{  
'V 1QuSd  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 6D{|!i|r4  
NZ7a^xT_)  
a. 打开参数优化 j\@s pbE@  
`o/tpuI  
[ {lF1+];@  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 LtejLCf/  
OR1XQij  
图2
sKn>K/4JZ  
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: 8* >6+"w  
,6i67!lb  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) `5[VO  
-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。 e3) rF5pp  
r A0[y  
saU|.\l  
图3
.Pxb9mW  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 <wj2:Z0  
jY87N Hg  
图4
*bmk(%g  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 3_^w/-7`B  
:Gy .P  
图5 "^22 Y}VB  
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: 2}~1poyi>  
UupQ* ,dJ  
图6
[A*vl9=  
4.总结 | 2p\M?@  
MZv&$KG4m@  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 t!D=oBCro  
4?jhZLBU  
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。 YDs/BF Z  
G dL\  
*=^_K`y  
QQ:2987619807
AGK+~EjL@  
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