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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) e?=elN  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 x~Agm_Tu+'  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 $}4K`Iu  
许可证:CC-BY-SA 3.0 -#%X3F7/w  
$m8leuo)  
摘要 8f-:d]  
9v$qrM`8  
T3rn+BxF7  
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。 gVA; `<  
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。  0Ve%.k  
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。
df ?eL2v  
C fSl 54  
1. 建模任务 ^K.*.|  
NQR^%<hU  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? "*bk{)dz}  
G * @@K  
}9=2g`2Q  
2. 方法 _uJVuCc  
DM'qNgB7  
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: 5H*>  
L;Vq j]_  
H+R7X71{  
[ro t  
gD1+]am  
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。 ~v\hIm3=m  
Rn;VP:HM  
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。 Vrg3{@$  
1 KB7yG-#6  
\n;g2/VjO  
_4!{IdR  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Efvq?cG&  
hb<k]-'!  
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。 R=Ymo.zs6  
RF!'K ko  
1) 评估最大模式阶数 A!4VjE>  
u?Z <n:  
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: FW5}oD( H  
Ge0Lb+<G  
8H_l[/  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 f)U6p  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 u{P~zyx  
k#?| yP:  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 shNE~TA  
AI~9m-,mE  
>fg4x+0%  
!3 ?yG  
*:[b'D!A  
2)设置多模高斯光源 cafsMgrA  
mZE8.`  
/:KQAM0  
jOv~!7T  
p>&S7M/9  
3) 设置优化函数 Tm\OYYyk  
E9L!)D]Y  
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)。 F:,#?  
$N dH*  
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。 Y!it!9  
c(CJ{>F%  
L W?&a3e  
1xIFvXru  
b. 导入实际测量的远场光强分布 /vy?L\`)#  
'xk1o,;  
",QPb3  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) a-:pJE.'p  
ozuIwzi7N  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 EzUPah  
A-;^~I  
a. 打开参数优化 58PKx5`D  
H<XlUCr_~+  
uD[^K1Ag]^  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 5)8 .  
W%WC(/hor  
图2
)lOji7&e  
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: k0knPDbHv  
^7<[}u;qF  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 4Lw'v:(  
-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。 i j!*CTG  
<0>[c<{V<  
BPqwDj W  
图3
L*v93;|s  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 VD9J}bgJ  
C?S~L5a#oC  
图4
Xa)7`bp<  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Q Y@nE  
HI z9s4Y_  
图5 69rwX"^  
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: ^h`!f vyH  
T6;>O`B.r  
图6
_En]@xK3&  
4.总结 +*<K"H|,  
tfsh!)u?  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 uFWvtL?;_  
W!y)Ho  
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。 -;f+; M  
A=W5W5l(>  
b6]e4DL:R  
QQ:2987619807
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