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infotek 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。 GNHWbC6_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。 2 i 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。 Y n0iu$;n  
hf7[<I,jov  
1) 评估最大模式阶数 ["<'fq;PJ  
_g'x=VJF  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: }KEr@h,N  
HK%W7i/k@  
8`90a\t'Z  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 "z_},TCy  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 *>xCX  
x+DecO2  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 Z'|k M!  
3 .KNAObO  
|t~>Xs  
oa`7ClzD  
Gi*_ &  
2)设置多模高斯光源 \p]B8hLW  
x@[6u  
z*9 ke  
Zq5~M bldh  
)CgH|z:=b  
3) 设置优化函数 MT$)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  
M Ih\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 |f V7g  
BRM!g9  
%%zlqd"0  
图3
beSU[  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Hmnxm gx  
< 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@c wY  
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  
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QQ:2987619807
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