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2020-12-22 09:45 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) [P^ .=F 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 ZY83,:< 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 JLjx4B\ 许可证:CC-BY-SA 3.0 $zJ.4NA hgm`6TQ 摘要 \=.iM?T !a
/ GSk;~^l 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。 XRZmg " 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。 HxkhlNB 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。 SW bwD/SN -Z @cj 1. 建模任务 oM< 9]jK} =!Ok079{[ 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? n#4Ra+dD
o0AREZ+I $} ~:x_[ 2. 方法 ,9=a(j" |S/nq_g] 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: +YP,LDJ!v }v`5
`*WR[c O<fbO7.- daaurT 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 'l2`05 xK
/NzVt VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Zd042
% F$d`Umqs;P ^"l4 xmbkn}@A 3. 在VirtualLab中的过程操作 }y'KS:Jb d]CRvzW 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。 p=T]%k*^h# -v`;^X 1) 评估最大模式阶数 B+,Z 3* ;|66AIwDe 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: JWC{ "6 iB{O"l@w
XBCz\f nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ;l"z4>kt7 mmax=y方向上光强极大值的数量-1 CJ?Lv2Td f ~9ADb 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 {~ VgXkjsC 5X'[{'i, D[ny%9 :
{l![{ Sa6}xe."M, 2)设置多模高斯光源 iN<Tn8-YH6 dYW19$W
n
klv ]+F&[ s@Y0"
nx84l 7< 3) 设置优化函数 )~s(7
4`} Gw$U0 HA[, 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)。 3}2'PC &*r YY\I 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。 5_#wOz0u$ Jk 0;<2j
^|(F|Z Z#%4QIz? b. 导入实际测量的远场光强分布 (Jy7 v~9PS2
[*Wq6n 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) M5CFW >T b1R%JY7/S VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 z1*8 5?
?=$a6o a. 打开参数优化 gM '_1zs
U b~z1%?
5F18/:\n 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 \GEFhM4)
^g"G1,[%w 图2 h:}oUr8 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: p$0G EYwM ez@`&cJ7 -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) H_un3x1 -信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 GFB(c
[8v v[n/
)k&<D*5s 图3 E.R,'Y;x d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 P{h;2b{
hQv~C4Wfrf 图4 KY~p>Jmh e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 g ]e^;
tt$DWmm 图5 40w,:$ 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: v[E*K@6f
m0DD|7}+ 图6 b3N1SC:Wn 4.总结 4V@raI- d="Oge8 VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -~n^?0 <b.?G 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。 }6*+>? 6vAq&Y{JB' 0K<y
} QQ:2987619807 mnh>gl!l
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