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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) of+phMev  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 _b!;(~ @p  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 XW UvP  
许可证:CC-BY-SA 3.0 ?GUz?'d  
hi {2h04  
摘要 ZSF=  
|5O >>a()  
vZ[ $H  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 ,5eH2W  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 t,=@hs hN  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
ZL-uwI!`D  
*Z]5!$UpC  
1. 建模任务 h/ LR+XX!  
Gut J_2f^9  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? Y7*(_P3/  
']d!?>C@o  
+  ZR(  
2. 方法 GOYn\N;V2  
( }]37  
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@*=|0(OrK  
c&7Do}  
E8T"{ R80  
1<LC8?wt  
5i!V}hE  
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。 N,j>;x3xT  
*[d~Nk%Y$  
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。 n!0${QVnS  
hmK8j l<6  
qDby!^ryc  
I@3Q=14k%  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Z:# .;wA  
tA`mD>[  
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。 94T}iY.  
hl AR[]  
1) 评估最大模式阶数 +M44XhT  
k~0#'I9  
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: Dk)@>l:gI,  
Z |2E b*  
K#GXpj  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *'Z-OY<V  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 2}^+ ]5  
!"g=&Uy&  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。  M*d-z  
w) =eMdj\o  
N=>- Q)  
Y3-]+y%l  
oJP< 'l1  
2)设置多模高斯光源 $z= 0[%L  
>j&1?M2C  
pG0!ALT  
~k9O5S{  
7< ^'DO s  
3) 设置优化函数 .W!tveX8-  
*Y8XP8u/  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 iPMB$SdfO  
%/P=m-K  
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。 O[; +i  
E::L?#V  
0r1g$mKb  
m'd^?Qc  
b. 导入实际测量的远场光强分布 6H0W`S0a  
Gu2_dT  
T'hml   
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 5!<o-{J[(=  
v#zPH5xo  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 a IQOs  
?p(kh^z  
a. 打开参数优化 Z,3 CC \  
y $:yz;  
,aI,2U91  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 xFOBF")  
!;i*\ a  
图2
moCK- :  
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: j5zFDh1(  
TfL4_IAG.  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) T0r<O_ubOA  
-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。 "r@G@pe  
J=):+F=  
C(s\LI!r  
图3
[6_"^jgH  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .vK.XFZ8R  
h77IWo6%  
图4
z4g+2f7h-X  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 D%A@lMru  
JPLI @zX^  
图5 i(0hvV>'  
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: )6G" *  
B3Mx,uXT\  
图6
Z9xR  
4.总结 D{R/#vM jk  
IQIbz{bMx  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 _e*c  
6%%PP8.F  
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。 ?NlSeh  
` VwN!B:  
Y xJ`-6  
QQ:2987619807
iOll WkF  
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