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2020-12-22 09:45 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) 6n<:ph,h; 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 i 1 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 YsDn?p D@ 许可证:CC-BY-SA 3.0 j_Dx4*vg IUI>/87u 摘要 3vmZB2QG 84|Hn|4t t R*JM$T 1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 0gxbo 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 tTC[^Dji 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 e PlEd'Z M]eH
JZ~v 1. 建模任务 \O@,v0?R IaN|S|n~ 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? Pgb<;c:4
#j'OrD ]#_,?d 2. 方法 Wrt3p-N"D =XyK/$ 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: ]"aC
wr F@&q4whaVD
{b} ?I4) 389T6sP]
S+_}=25 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。 hE+6z%A8 6i, d| 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。 omY%sQ{) #;>J<> )k=8.j4 7G!SlC
X}W 3. 在VirtualLab中的过程操作 g,mcxXO zN*/G6>A 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。 N%n#mV; eRv3qK{` 1) 评估最大模式阶数 $0NWX lB.P
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: ?}lgwKBHl; <HI5xB_ 6D@tCmmq nmax=x方向上光强极大值的数量-1 8kX3.X` mmax=y方向上光强极大值的数量-1 d8/lEmv[ !uy?]l 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ngn%"xYX v`bX#\It *~4w%U4T0
(Sv 7^}j p~$\@8@ 2)设置多模高斯光源 u3w `(3{< }mk9-7
)
^!oM 78Nli/U c-n'F+fZ 3) 设置优化函数 C.FGi`rrm Y)?4OB=n 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)。 qdjRw#LS^q "-90:"W 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。 ` L6H2:pf [P`Q_L,+
LX!16a@SxA Y:ZI9JK? b. 导入实际测量的远场光强分布 P2!@^%o E_/v$
#AFr@n 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) )j]S;Mr 84cmPnaT VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 gU0}.b 7a->"W a. 打开参数优化 #sq -V,8 u3dh MnUn
RHz'Dz>0 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 rbqH9 S
(3&@c!E 图2 *B#<5<T 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: kS8srT
/H JOx75} -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 7Z93`A-= -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。 x\3tSP7Vp hJrxb<9@Y0
@L,T/m-HF 图3 iEsI d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 AFc#2wn
b^;19]/RW 图4 pIqPIuy e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 rPZ<
^{zwIH2I] 图5 e*jn7aya 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: _C)u#]t
N_=7 图6 ,D
[ 4.总结 !3-mPG<
] 1x V~EX VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 #z6RzZu N?p9h{DG 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。 rM2?" GQ$0`?lp pr>K#@^ QQ:2987619807 yaa+j8s]
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