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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) $v<hW A]>  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 a/<pf\O  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 +'j*WVE%5  
许可证:CC-BY-SA 3.0 sQ:VrXwP  
tD7C7m  
摘要 <Mn7`i  
sx<+ *Trl  
h"1"h.  
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。 1X"H6j[w  
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。 v#%>uLl  
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。
P tQ#  
@EP{VV  
1. 建模任务 bOSYr<R&  
_HHJw""j  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? HvgK_'  
M |Q  
Q`p}X&^a  
2. 方法 $F@L$& ~  
9g&)6,<  
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: },EUcVXk  
:KV,:13`D  
S5E,f?l  
.H (}[eG_  
hXQg=Sj  
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。 TaQ "G  
{`Fx~w;i  
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。 o(X90X  
n?e@):  
~?`9i>3W~  
G9'YgW+$7  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Q0q)n=i }]  
llaZP(pJ  
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。 (m3I#L  
xL39>PB  
1) 评估最大模式阶数 \p@nH%@v  
AYPf)K;%  
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: d%_78nOh"  
d JQ }{,+6  
$;)noYo  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 i_9Cc$Qh<  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 !skb=B#  
q(&^9"  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 q0b`HD  
Z\*5:a]  
Yn$>QS 4  
r>Qyc  
d)hzi  
2)设置多模高斯光源 _!C)r*0(  
~E3SC@KL  
fV A=<:  
9o_ g_q  
NDe[2  
3) 设置优化函数 0+n&BkS'  
K.V!@bPlw9  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 XMeL^|D  
 J:~[ j  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 2{sD*8&`  
^T}}4I_Y  
XUQW;H  
G%j/eTTf  
b. 导入实际测量的远场光强分布 mI?* Z%>g  
OXIu>jF  
B~V<n&<  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) "5o;z@(  
EDq$vB  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 _#J_$CE#  
[U%ym{be ^  
a. 打开参数优化 r3[t<xlFf  
=qV4Sje|q  
aeuf, #  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 PuCwdTan_  
dJ%wVY0z=  
图2
up+.@h{  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: NRHr6!f>  
( E"&UC[  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) (<]\,pP0_  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 vDK:v$g  
o;M.Rt\A  
p@cfY]<7  
图3
HQ|o%9~  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 iioct_7,g<  
Qfkh0DX B  
图4
pIID= 8RJ.  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 )Y&MIJ7>@  
g{g`YvLu^  
图5 5YTb7M  
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: ?o(ZTlT  
AkYupP2]v  
图6
45Nv_4s  
4.总结 tsTR2+GZS  
_Hz~HoNU  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 X[GIOPDx  
a' IX yj  
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。 J<b3"wK0[  
:DOr!PNA  
kP!%|&w;  
QQ:2987619807
+ >T7Q`64  
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