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2020-12-22 09:45 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) AE]i
V {p 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 qYDj*wqf 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 w64.R4e 许可证:CC-BY-SA 3.0 i)GeX: f>?^uSpWH 摘要 giQ{Xrj }=xI3;7 1Q0%7zRirI 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。 x$*E\/zi<! 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 +$(71#'y 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。 (v|ixa Q*,6X*W!~ 1. 建模任务 o- cj&Cv% J.*[gt%O| 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? (0X,Qwx
9$:QLE+t HDa~7wE 2. 方法 #:
dR^zr< :,urb* 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: &S9f#Ui g?w2J6Z.`J
xYT#!K1* =I+l=;05Rd l7!U),x%/U 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 ',L{CQA?c cZCGnzy VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 N)9pz?*V Y]D7i?3N L7i}Ga!8 <Gb nPG? 3. 在VirtualLab中的过程操作 uWJ#+XK. L"Qh_+ 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 E1$Hu{ Usa{J: 1) 评估最大模式阶数 2U=/<3;u ^zBjG/'7 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: </K%i;l e6tH/`Uln stf,<W nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ^4y(pcD mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j;ff } b Vy?R/
Uu 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 q[PD @Fm{6^ fW_}!`:
Qs}/x[I ~rVKQ-+4& 2)设置多模高斯光源 */0vJz%<.M zbF:R[)
*F26}q : ;E7+m [4K9|/J 3) 设置优化函数 CT$& zEIm .}L-c>o"o 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 2b6? 9FX* \Owful a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 C8bGae( r`&2-]
b7W=HR y(aAp.S> b. 导入实际测量的远场光强分布 Wx']tFn" NB!'u)
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7- *(a 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) rL!_&| Mp^OL7p^^ VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 /pAm8vK EPE!V> a. 打开参数优化 B9m>H=8a lRa
3v Ng
.NzW@| 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 ei+9G,
,w9#%=xE 图2 7\\~xSXh c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: ~RZJ/%6F [5 Y$L -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) .b_0k<M!p -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。 }rj C_q z^ a6%N
]2aYi9) 图3 (T%F!2i([U d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 lJGqR0:r+
@aqd'O 图4 |%2/I>o e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _v~D{H&}
[G'!`^V, 图5 |&0"N[t 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: Y?&DEKFbD
!%Hl#Pv} 图6 qmue!Fv#g 4.总结 d0H &k_wqV VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 T je o*n^ #pDGaqeX 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。 -hU>1ux&V H.l,%x&K D_
Bx>G9 QQ:2987619807 aCYm$6LmA
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