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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans)  ~/kx  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 %]i("21  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 /SZg34%  
许可证:CC-BY-SA 3.0 -( ,iwF b  
]):kMRv  
摘要 CK+_T}+-  
O(QJiS  
m2$Qp{C6H  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 {n>W8sN<  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 {$mj9?n=v  
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。
?rn#S8nNx<  
-=D6[DjU<  
1. 建模任务 \;s mH;m  
PXYo@^ 3  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? *aF<#m v  
6+[7UH~pm^  
q9&d24|  
2. 方法 SQB[d3f  
m^)h/s0A  
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: n7 S~n k  
" Q~-C|x  
G}b LWA  
*Q8d &$ ^  
<ZM8*bqi  
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。 m mj6YQ0a  
;tF7 GjEp  
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。 oLXQ#{([  
%r*zd0*<n1  
_ADK8a6%)  
`)W}4itm  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Dab1^H!KT  
&v^LxLt+s  
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。 ei8OLcw:x  
$iA`_H`W  
1) 评估最大模式阶数 kEQ${F{  
&\0`\#R  
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: i }5 #n  
Y`u.P(7#  
X192Lar  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 0r+%5}|-K  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 AdtAc$@xK  
sGCV um}  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 <,Zk9 t&  
WJ+<&6W8  
&OiJJl[9  
e FPDW;  
EnrRnVB  
2)设置多模高斯光源 #n'tpp~O  
{qm(Z+wcmb  
*p.P/w@1  
#isBE}sT{  
j!;?=s  
3) 设置优化函数 bYEq`kjzc  
5 s>$  
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)。 Z50]g  
i>S /W!F  
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。 I hvL2 zB  
L44-: 3  
=J,aBp  
1(Kd/%]{  
b. 导入实际测量的远场光强分布 -, ~n|ceI  
DiAPs_@  
6M"]p  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) {O6f1LuH  
"YGs<)S  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 *N$#cz  
N"b>]Ab] ;  
a. 打开参数优化 )jp#|#h  
)#r]x1[Kn  
,c6ID|\  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 k[N46=u  
gJ>?<F;  
图2
:<s)QD  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: -\j}le6;c  
">kf X1LT  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) er}/~@JJ  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 }abM:O "Y  
lhx6+w  
xv9Z~JwH  
图3
!h2ZrT9 _  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ;KmSz 1A  
pd,5.d  
图4
R\+p`n$  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 <UG}P \N  
5>7ECe*  
图5 iwL\Ha  
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: jGEUl=W  
dKw* L|5  
图6
oa+Rr&t'  
4.总结 :a}hd^;[%8  
AFl]w'=  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 QdG_zK>|e  
K!k,]90Ko  
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。 }}Eko7'^  
y1/$dn  
6d,jR[JP  
QQ:2987619807
V$-IRdb  
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