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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) H&ZsMML/%  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 f7]C1!]  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 n-lDE}K9%B  
许可证:CC-BY-SA 3.0 %} Ob~m>P  
dI8y}EbE~  
摘要 U./1OZ&  
z1~U#  
>\!>CuU  
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。 kObgoMT<[  
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。 Vuo 8[h>  
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。
L@5g#mSl  
[SLBA_d  
1. 建模任务 Sh5SOYLz  
Op<|Oz$Q|l  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? F a'2i<  
POUD*(DqNK  
_RzcMX  
2. 方法 |a Ht6F  
1(U\vMb  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: {~d8_%:b  
R_DZJV O  
B,dKpz;kFg  
rU1{a" {  
]+0I8eerd  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。  TBqJ.a  
-@_V|C'?  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 M}6? |ir  
AfW9;{j&I  
Q|}Pc>ae  
Ijj]_V{,  
3. 在VirtualLab中的过程操作 s8N\cOd#i  
Me*]Bh  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 M%2 F7 FY  
68LB745  
1) 评估最大模式阶数 ^E8eW  
&ExYul  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: #nh;KlI 0  
Ot} E  
L$+ap~ld  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Ge;plD-f  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 _,4f z(  
l0$ +)FKd  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ;0VE *  
^CwzA B  
<4Jo1  
b1;80P/:D  
29#;;n}p  
2)设置多模高斯光源 k w!1]N  
ATU 2\Y  
$u9y H Z  
rX#} 2  
AjZ@hid  
3) 设置优化函数 <zK9J?ZQW>  
z<jWy$Ta;  
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)。 i-E~ZfJ  
(k..ll p~  
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\y@rp\l  
E:&ga}h  
"rr,P0lgX  
Bk 1Q.Un  
b. 导入实际测量的远场光强分布 jn#  
v:<UbuJw  
zRJopcE<  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) >i4UU0m  
-_ [Z5%B  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 $vdGkz@6  
HzT"{N9  
a. 打开参数优化 SA|f1R2uS  
m(8t |~S  
)A['+s  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 _Ucj)Ud k  
\+g95|[/  
图2
TUiXE~8=  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: d*T;RBk  
-~ `5kO~  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) c;ELAns>  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 uM0 z%z5b  
s"G6aM  
n5%rsNxg  
图3
;#!`c gAh  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 G)?O!(_  
0@t/j<5o  
图4
gBq,So  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ewk62 {  
#:3E.=  
图5 . c+RFX@0  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: Bj J$I^  
<vA^%D<\~  
图6
Ne.W-,X^cL  
4.总结 ~/h P6*  
\sF}NBNT@  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 @B~/0 9  
Q4Q*5>  
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。 HlY4%M5q/  
7+j@0v\  
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QQ:2987619807
U,+kV?Z  
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