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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans)  CU7iva  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 8O;rp(N.n  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 80R= r  
许可证:CC-BY-SA 3.0 z!Pdivx  
f(9$"Vi  
摘要 p0:&7,+a,  
8gu7f;H/k  
o#KPrW`XJ/  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 Xoa <r9  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 D; 35@gtj  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
:a^,Ei-&  
=":V WHf  
1. 建模任务 k*UR# z(I  
w$<fSe7  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? aF4V|?+  
sL[(cX?;2  
Br.$L  
2. 方法 'piF_5(@  
ZCOuv6V+  
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: 6r-<XNv)0  
F6neG~Y  
%lqG*dRx0  
Z:o' +oh  
%]= 'Uv^x  
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。 3vvFF]D5k  
6u]OXP A|  
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。 1PT_1[eAR  
BzG!Rg|J  
'=G<)z@k  
3!L<=X  
3. 在VirtualLab中的过程操作 xr7<(:d  
" :nVigw&  
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。 oT5rX ,8  
5IF~]5s  
1) 评估最大模式阶数 y[7xK}`_  
vG Lb2Q  
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: ~ @"Qm;} "  
/Z9`uK  
 "lnk  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ] !*  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Pt)}HF|u  
0_xcrM  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 snk{u/0Xm  
%?{2uMfq-f  
#L*@~M^]  
MAhPO!e5.  
}JTgj  
2)设置多模高斯光源 V/[,1W[B  
fm2Mi~}0  
uC8T!z  
_/w-gL{  
ST [1'T+L  
3) 设置优化函数 D@vvy6>~s  
W;@ae,^  
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)。 vYm& AD  
(( IBaEq  
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。 z{M,2  
lL+^n~g  
YV!V9   
7 |eSvC  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Xs,PT  
*gpD4c7A\  
e ~,'|~ C5  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) JGNxJ S<]  
0*M}QXt  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 umn~hb5O  
vgp%;-p(  
a. 打开参数优化 ZJ}LnPr  
D\&y(=fzf  
s=@Ce V@4W  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 zMqEMx9  
Gbm_xEPC  
图2
_!p$47  
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: M4PUJZ]  
2}C>{*}yQ  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 1E_Ui1[  
-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。 7?WBzo!!L  
DN{G$$or  
/+U)!$zm*  
图3
H 1X]tw.  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ~TR|Pv  
]@}BdMlHp  
图4
v23Uh2[@Yy  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 R2ZQBwB  
]c=1-Rl  
图5 s3!LR2qiF  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: mnaD KeA  
V xs`w  
图6
% x;!s=U  
4.总结 zW`koRH@  
X[Gk!d r#  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (uc)^lfX  
p+D 6Z'B  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 ]H7Mx\  
TN_$E&69I  
z6r/ w  
QQ:2987619807
|Cq J2  
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