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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) PX99uWx5]  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 ]{kPrey  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 i&k7-<  
许可证:CC-BY-SA 3.0 nd(S3rct&  
e*!kZAf  
摘要 |M_UQQAB|  
7rPF$ \#  
h1{3njdr  
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。 fQ98(+6  
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。 -F92-jBM4  
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。
Q &t<Y^B  
ap~^Ty<>  
1. 建模任务 875od  
1sCR4L:+  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? {PmZ9  
vI]N^j2%  
}-fl$j?9E  
2. 方法 "mN q&$  
c)tfAD(N8x  
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: x`?3C"N:<  
.m AjfP*  
_ J[  
B ZxvJQ  
8Eq7Sa  
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。 s{" 2L{,$  
go"Hf_  
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。 rbpSg7}Q  
9/7u*>:  
iX\X>W$P  
g ci    
3. 在VirtualLab中的过程操作 L6LZC2N+2  
\L\b$4$d  
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。 G9 :l'\  
$kKjgQ S(  
1) 评估最大模式阶数 yZ`wfj$Jj  
-(#iIgmP  
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: }{"fJ3] c^  
X76e&~  
HKr Mim-  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 s0_nLbWwO  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 qv"$Bd:]r  
Q^ (b)>?r;  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ((I%'   
BSMwdr  
[PM4k0YC8  
39|MX21k  
|W\(kb+  
2)设置多模高斯光源 nvUc\7(%NW  
d M-%{  
h-D }'R  
/SrAW`;"  
&f;K}W O  
3) 设置优化函数 M xG W(p  
]d%8k}U  
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)。 7`YEH2  
=>dGL|  
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。 $j?1g#  
FEVlZ<PW3I  
2[;_d;oB@  
p6WX9\qS(  
b. 导入实际测量的远场光强分布 e*n@j  
Q dp)cT  
h65-s  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) f4Rf?w*  
?NP1y9Y]i  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 :Lug7bUVD  
Rx|;=-8zg  
a. 打开参数优化 5P$4 =z91  
pXK^Y'2C!  
0<B$#8  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 (Clkv  
Uv~QUL3>  
图2
 _\HQvH  
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: .-X8J t  
t!\tF[9e  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) a -moI+y  
-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。 !#" zTj  
T${Q.zHY[!  
hDq`Z$_+KX  
图3
0,8okA H  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 m<g~H4  
/ Qk4  
图4
.eP.&  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 :$9tF >  
'oC) NpnH  
图5 t>B;w14  
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: $"&{aa  
q8Z<{#oXu  
图6
d$AWu{y  
4.总结 AjgF6[B  
x~j`@k,;  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Gm.]sE?.  
XNu^`Ha  
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。 QW~1%`  
Nm>A'bLM  
}<y7bqA  
QQ:2987619807
J{&H+rd  
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