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2020-12-22 09:45 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) x^cJ~e2 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 W'Y(@ 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 NF-@Q@ 许可证:CC-BY-SA 3.0 v`Ja Bn 8%a
^j\L 摘要 jfam/LL{V *Uf>Xr& ICc:k%wE7 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。 Zw<<p|{)< 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。 znIS2{p/` 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。 wS
>S\,LV %F}d'TPx 1. 建模任务 nyOmNvZf 6uk}4bdvq 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? THgEHR0,}[ vTWm_ed+^ -[h|*G.J 2. 方法 '!`]Zc `7?EE1o
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: A>RK3{7 U]9k,# 6.[3N~pq vWL|vR [dqh-7 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。 GNHW bC6_m k%aJ%( 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。 2i NZz ,e
GF~ ~]n=TEJ> h2i1w^f 3. 在VirtualLab中的过程操作 R D?52\ ~]'yUd1gSZ 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。 Yn0iu$;n hf7[<I,jov 1) 评估最大模式阶数 ["<'fq;PJ _g'x=VJF 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: }KEr@h,N HK%W7i/k@ 8`90a\t'Z nmax=x方向上光强极大值的数量-1 "z_},TCy mmax=y方向上光强极大值的数量-1 *>xCX x+DecO2 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 Z'|k M! 3.KNAObO |t~>Xs oa`7ClzD Gi*_ & 2)设置多模高斯光源 \p]B8hLW x@[6u z*9 ke Zq5~M bldh )CgH|z:=b 3) 设置优化函数
MT$)A:" fVdu9 l 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)。 91nw1c! a>Zp?*9 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。 P4+PY 8 MIh\z7gW !/=.~B (A "yE4rYK b. 导入实际测量的远场光强分布 Z#YNL-x -=ZDfM
;V?d;O4u 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) OB*V4Yv wN :"(mQ VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 NOKU2d4 G xErb11 a. 打开参数优化 7+qKA1t^ g!9|1z
+[_3h9BK 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 sRqecG(n
vo%"(! 图2
90K&oof?M 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]@?[+I0] 8_"NF%%(n -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) TPak,h(1 -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。 M|fV7g BRM!g9
%%zlqd"0 图3 beSU[ d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Hmnxmgx
<fV][W 图4 (.VS&Kv#U e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 !&NrbiuN
J_.cC 图5 [m%]C 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: iq[IZdza
1ANb=X|hig 图6 ivyaGAF}+o 4.总结 9y<h.T Ks@cwY VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 )nFyHAy- /,UnT(/k( 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。 qZ&~&f|>e :2&"ak>N v"Ax'() QQ:2987619807 `48Ql
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