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2020-12-22 09:45 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) CU7iva 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 8O;rp(N.n 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 80R=r 许可证:CC-BY-SA 3.0 z!Pdivx f(9$"Vi 摘要 p0:&7,+a, 8gu7f;H/k o#KPrW`XJ/ 1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 Xoa<r9 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 D;
35@gtj 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 :a^,Ei-& =":V
WHf 1. 建模任务 k*UR#z(I w$<fSe7 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线?
aF4V|?+
sL[(cX?;2 Br.$L 2. 方法 'piF_5(@ ZCOuv6V+ 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: 6r-<XNv)0 F6neG~Y
%lqG* dRx0 Z:o'
+oh %]= 'Uv^x 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。 3vvFF]D5k 6u]OXPA| 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。 1PT_1[eAR BzG!Rg|J '=G<)z@k 3!L<=X 3. 在VirtualLab中的过程操作 xr7<(:d "
:nVigw& 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。 oT5rX
,8 5IF~]5s 1) 评估最大模式阶数 y [7xK}`_
vGLb2Q 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: ~ @"Qm;}
" /Z9`uK
"lnk nmax=x方向上光强极大值的数量-1
] !* mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Pt)}HF|u 0_xcrM 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 snk{u/0Xm %?{2uMfq-f #L*@~M^]
MAhPO!e5. }JTgj 2)设置多模高斯光源 V/[,1W[B fm2M i~}0
u C8T!z _/w-gL{ ST[1'T+L 3) 设置优化函数 D@vvy6>~s W;@ae,^ 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)。 vYm&AD ((IBaEq 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。 z{M,2 lL+^n~g
YV!V9 7|eSvC b. 导入实际测量的远场光强分布 Xs,PT *gpD4c7A\
e ~,'|~
C5 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) JGNxJ S<] 0*M}QXt VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 umn~hb5O vgp%;-p( a. 打开参数优化 ZJ}LnPr D\&y(=fzf
s=@CeV@4W 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 zMqEMx9
Gbm_xEPC 图2 _!p$47 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: M4PUJZ] 2}C>{*}yQ -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 1E_Ui1 [ -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。 7?WBzo!!L DN{G$$or
/+U)!$zm* 图3 H 1X]tw. d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ~TR|Pv
]@}BdMlHp 图4 v23Uh2[@Yy e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 R2ZQBwB
]c=1-Rl 图5 s3!LR2qiF f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: mnaD KeA
Vxs`w 图6 % x;!s=U 4.总结 zW`koRH@ X[Gk!dr# VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (uc)^lfX p+D6Z'B 从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 ]H7Mx\ TN_$E&69I z6r/
w QQ:2987619807 |CqJ2
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