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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) AE]i V{p  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 qYDj*wqf  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 w64.R4e  
许可证:CC-BY-SA 3.0 i)GeX:  
f>?^uSpWH  
摘要 giQ{Xrj  
} =xI3;7  
1Q0%7zRirI  
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。 x$*E\/zi<!  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 +$(71#'y  
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。
(v|ixa  
Q*,6X*W!~  
1. 建模任务 o- cj&Cv%  
J.*[gt%O|  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? (0X,Qwx  
9$:QLE+t  
HDa~7wE  
2. 方法 #: dR^zr<  
:,urb*  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: &S9f#Ui  
g?w2J6Z.`J  
xYT#!K1*  
=I+l=;05Rd  
l7!U),x%/U  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 ',L{CQA?c  
cZCGnzy  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 N)9pz?*V  
Y] D7i?3N  
L7i}Ga!8  
<Gbn PG?  
3. 在VirtualLab中的过程操作 uWJ#+XK.  
L"Qh_+   
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 E1$Hu{  
Usa{J:  
1) 评估最大模式阶数 2U=/<3;u  
^zBjG/'7  
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: </K%i;l  
e6tH/`Uln  
stf,<W  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ^4y(pcD  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j;ff } b  
Vy?R/ Uu  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 q[PD  
@Fm{6^  
fW_}!`:  
Qs}/x[I  
~rVKQ-+4&  
2)设置多模高斯光源 */0vJz%<.M  
zbF:R[)  
*F26}q  
: ;E7+m  
[4K9|/J  
3) 设置优化函数 CT$& zEIm  
.}L-c>o"o  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 2b 6? 9FX*  
\Owful  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 C8bGae(  
r`&2-]  
b7W=HR  
y(aAp.S>  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Wx']tFn"  
NB!'u) lFD  
7- *( a  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) rL!_&|  
Mp^OL7p^^  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 /pAm8vK   
EPE!V>  
a. 打开参数优化 B9m>H=8a  
lRa 3v Ng  
.N zW@|  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ei+9G,  
,w9#%=xE  
图2
7\\~xSXh  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: ~RZJ/%6F  
[5Y$L  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) .b_0k<M!p  
-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。 }rj C_q  
z^a6%N  
]2aYi9)  
图3
(T%F!2i([U  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 lJGqR0:r+  
@aqd'O  
图4
|%2/I>o  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _v~D {H&}  
[G'!`^V,  
图5 |&0"N[t  
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: Y?&DEKFbD  
!%Hl#Pv}  
图6
qmue!Fv#g  
4.总结 d0H  
&k_wqV  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Tjeo*n^  
#pDGaqeX  
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。 -hU>1ux&V  
H.l,%x&K  
D_ Bx>G9  
QQ:2987619807
aCYm$6LmA  
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