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2020-12-22 09:45 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) RV{%@1Pu 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 tw<Oy^i 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 T6\]*mlr 许可证:CC-BY-SA 3.0 ge?or]T1S w0j'>4 摘要 KFO
K%vbM ^{=UKf{ %>9L}OAm 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。 {.e+?V2>_ 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。 .5s58Hcg, 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_3jyA@v :/5GHfyj 1. 建模任务 ]R}(CaT1 }AB_i'C0 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? _{#K
%B#T"=Cx Vq-Kl[-| 2. 方法 (G./P@/[ 3o>JJJ=] 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: FCwE/ 2, k=9+"4:
ackeq# Z}vDP^rf d(V4;8a0 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。 QP50.P5g T_UJ?W 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。 pT~3<
, B?^~1Ua9Zv {`M\}(E d*6/1vyjT 3. 在VirtualLab中的过程操作 _e>N3fT e>c
-b^{& 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。 ~&ns?z>x 0`WFuFi^o 1) 评估最大模式阶数 l8+)Xk> rf]z5; 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: wM7Iu86 y*sVimx E`qX|n nmax=x方向上光强极大值的数量-1 sk8DW mmax=y方向上光强极大值的数量-1 WW6-oQs_#* c*zeO@AAn 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ND.(N'/O |"%OI~^% x_<#28H!
0iR?r+| 3 i>NKS 2)设置多模高斯光源 ,38M6yD v_U/0
0
M,ybj5:6 +IbV b5]<!~Fv:` 3) 设置优化函数 <Dgf'GrJ ZQ`4'|" 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)。 z(.,BB[ #tsP 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。 u0k'Jh]K wX6-WQR
V"K.s2U^ %WR"qd&HSh b. 导入实际测量的远场光强分布 qHyOaKMd ]:2Ro:4Yv
H<ovIMd 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) e2V;6N $gYGnh_,Q VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 Uj 4HVd _ Dz*% a. 打开参数优化 $39TP@?:Z) CXz9bhn<4
Z<AZO ^ 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 %q;y74
WnOYU9;% 图2 Y^d#8^cP 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: u-jc8W`Zd _PC<Td>nm -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) l'2vo=IQ -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。 {hf_Xro& W;!V_-:
aA>!p{/x 图3 wK fq'W{ d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 !
,H6.IH;S
HL$7Ou 图4 ~X<$l+5 e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 KdZ=g ZSH
%$)Sz[= 图5 +G!#
/u1 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: [GK##z'5
"9hD4R 图6 G i( 4.总结 KC9VQeSc o,J8n;"l VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ei1;@k/ 4~oRcO8!Y 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。 kDQE*o %Y#W#G 1_9Ka
V QQ:2987619807 cR55,DR,#W
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