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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) 6Bexwf<u  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 %\)AT"  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 6lkCLH  
许可证:CC-BY-SA 3.0 Sco'] ^#(  
NqFfz9G)  
摘要 pL>Yx>  
G Uh<AG*+  
+UTBiB R  
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。 eu$"GbqY  
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。 6@FxPi9|#  
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。
fZJM'+J@A  
$"}*#<Z  
1. 建模任务 =KD[#au6a  
+@7c:CAy(  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? LfCgvq6/pO  
KF!d?  
AXnKhYlu  
2. 方法 %rEP.T\i  
I).eQ8:  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: Ywcgt|  
Wg8*;dvtM  
c]qh)F$s8  
^% Ln@!P  
_(8N*q*w  
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。 yLl:G;  
X76rme  
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。 [i> D|X  
9'|_1Q.b^  
XB:E<I'q!3  
\Il?$Kb/  
3. 在VirtualLab中的过程操作 cA| n*A-j<  
_=cuOo"!  
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。 BE0Xg  
zY-?Bv_D  
1) 评估最大模式阶数 9 OlJC[  
0j}@lOt(  
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: ^(BE_<~  
#&z'?x^a  
?f!&M  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 >{Xyl):  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 (S6>^:;=~  
n*#HokX  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 O>" |5 wj  
bZj5qjl`x  
yD0DPtti  
%xp 69  
F& lSRL+v  
2)设置多模高斯光源 5 (q4o`  
bJ eF1LjS  
,WAJ& '^  
k? ,/om1  
tU>7 jo[-p  
3) 设置优化函数 $2Bll5!]  
'S9jMyZrZ  
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)。 OhM_{]*  
 DD[<J:6  
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。 _~ 2o  
'HL.W](  
`84,R!  
ITz+O=I4R]  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Lg-!,Y   
n9Vr*RKM)  
3aJYl3:0B  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) O6">Io5  
xA0=C   
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 \GK]6VW  
 / w[Tu  
a. 打开参数优化 3k/X;:,.  
/#?! 9c  
Y+0GJuBf  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 Q0g^%  
E0u&hBd3_  
图2
74c5\UxA  
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: [88PCA:  
hK %FpGYA  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ;RMevVw|  
-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。 o,/wE  
NuXII-  
0Ld"df*  
图3
,Z8)DC=  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 eEYz A  
VWk{?*Dp  
图4
EQ>@K-R  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 g#G ]}8C  
q-/t?m0  
图5 s'BlFB n  
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: k/)h@K8@  
h:KEhj\d?  
图6
a/[)A _-  
4.总结 $KS!vS7  
%Y9CZRY 9  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 a&7uRR26  
nW oh(a  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 {/qQ=$t  
\Qf2:[-V0  
| 3`8$-  
QQ:2987619807
VL|Z+3L  
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