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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) k)*apc\W  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 iJ^}{-  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 cl `Wl/Q#  
许可证:CC-BY-SA 3.0 pgh(~ [  
MQx1|>rG  
摘要 k89N}MA   
{G x=QNd  
d wG!]j>:_  
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。 (XmmbAbVom  
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。 L{&2 P  
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。
XF)N_}X^  
DMG'8\5C  
1. 建模任务 z{ V;bi;  
Sv/P:r _  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 6wWhM&Wd  
z=U+FHdh/-  
`MPR-"Z6  
2. 方法 lqmQQ*Z  
WVpx  
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: /tj]^QspS  
a<\n$E#q  
&(Fm@ksh\  
Vlz\n  
:qbU@)p*  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 sU&v B:]~  
1mJUl x  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 c:.5@eq^  
=-:%~n g  
U?f-/@fc  
/fb}]e]N  
3. 在VirtualLab中的过程操作 iT Aj$ { >  
&-Ch>:[  
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。 )SJM:E  
"%D"h  
1) 评估最大模式阶数 >JE+g[$@  
lPxhqF5pP  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: Fy<:iv0>t  
NN'pBU R  
{v]L|e%{  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 [HWVS  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 (["kbPma  
:s_.K'4?a  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 6Y ]P7j  
{Dl@/fz  
i4i9EvWp  
T~/>U&k}J  
ohKoX$|p~  
2)设置多模高斯光源 5?`4qSUz  
 hO$Gx*e$  
e16H @  
JRz) A4P  
iZfZF  
3) 设置优化函数 vb>F)po1}  
jnOnV1I"  
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)。 =Mwuhk|*  
m85ZcyW1T  
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。 RN)XIf$@_  
lmHQ"z 3G  
H}~K51  
#6|ve?`I  
b. 导入实际测量的远场光强分布 P-2DBNB7  
Yz0fOX  
td%J.&K_*'  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) k;cX,*DIn  
zuN(~>YH  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 \\:%++}J  
<t(H+ykh  
a. 打开参数优化 [Lje?M* r  
Z ;rM@x  
\K\eq>@6  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 Q`8-|(ngw  
q>'#;QA  
图2
^"|q~2  
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: 5&p}^hS5  
.-HM{6J  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ; k.@=  
-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。 ]QJ5JtD-  
LWqKSNE;  
vd#)+  
图3
$*X?]?  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 X);'[/]E*  
HN`qMGW^  
图4
=\2gnk~  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  tM\BO0  
}U'9 d#N  
图5 +$L}B-F  
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: [7 PC\  
Dom]w.W5  
图6
WxYEu +_  
4.总结 OT$ Ne  
~v\ W[  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 * FEJ5x  
\8ZVI98  
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。 .zdaY, U  
2 ^"j]g>mj  
Jf= V<  
QQ:2987619807
`-U?{U}H  
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