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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) &+\J "V8  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 |hjm^{!TpW  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 O+Fu zCWj  
许可证:CC-BY-SA 3.0 + RX{  
Wc4F'}s  
摘要 bb# F2r4  
8,pnm  
oZxC.;xJ  
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。 bwG2=  
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。 :?s~,G_*l  
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。
}1P>^I"[Y  
+_tK \MN  
1. 建模任务 "P<IQx  
wK+%[i&,  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? nc#}-}`5  
8<C u S  
lC Bb0k2  
2. 方法 7t7"glP  
7q<2k_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: [R[]&\W  
DIH|6R  
&v7$*n27  
Yy6Mkw7X  
aA?Uf~ "t  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 FUic7>  
ufE;rcYE  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 > 4>!zZ  
`9BZ))Pg  
ct+ ;W  
DT`TA#O  
3. 在VirtualLab中的过程操作 f 4CS  
SFVOof#s  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 j+He8w-4  
~Ts^z(v~D2  
1) 评估最大模式阶数 BbEWa  
q(sEN!^L`  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: 1zwk0={x-%  
v#1}( hb  
YqhZndktX  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 dWbSrl  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]n9o=^q/  
DPCB=2E  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 EkotVzR5  
#@s[!4)_I  
e P]L  
xj8 yQ Y1  
|[apLQ6  
2)设置多模高斯光源 l"70|~  
&)[?D<  
IE7%u 92  
{;uOc{~+  
G`H4#@]  
3) 设置优化函数 +XV7W=  
coa+@g,w7#  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 lrq u%:q  
72uARF  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 a6\0XVU  
|>_e& }Y%L  
1iNq|~  
?=zF]J:G1w  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Jbv66)0M  
&QHZ]2%U  
g{|F<2rd[m  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 1dDK(RBbQ  
.[mI9dc  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 Z:>)5Z{'  
W:5uoO]=<  
a. 打开参数优化 P1cI]rriW  
P/%5J3_,  
&CP]+ at  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 VcI'+IoR?  
u={A4A#  
图2
90g=&O5@O  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: >\f'QQ  
}eKY%WU>O  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) qPal'c0  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 ckDWY<@v  
m9~cQ!m  
}Pi}? 41!  
图3
:$k] ;  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 !*I0}I ~  
olA 1,8  
图4
UdGa#rcNW  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 HNXMM  
{"rYlN7,  
图5 eMT}"u8$A  
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: {HF,F=W  
]lQLA IQ  
图6
{ $ a $m  
4.总结 h7?uM^p  
^9_4#Ep(  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 vZ6_/ew8  
mFk6a{+YX  
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。 [hhPkJf|f  
\d :AV(u  
y)//u:l  
QQ:2987619807
3'*}ZDC  
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