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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) KV0e^c;  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 6X:- Z 3  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 O!uB|*  
许可证:CC-BY-SA 3.0 T`=N^Ca1!`  
QE5 85s5  
摘要 g5to0  
pDlh^?cux  
WDiF:@^K  
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。 ls6ywLP{  
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。 8X]j;Rb  
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。
I=^%l7  
Nu{RF  
1. 建模任务 H2RNekck  
b,G+=&6u  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? MT#9x>  
k 9Kv  
4#=!VK8ZH  
2. 方法 (vjQF$Hp  
9#6ilF:F  
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: g m],  
M)EUR0>8  
4aB`wA^x  
rsP-?oD8)  
gpr];lgS  
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。 =fi.*d?$7  
lLtC9:  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 zAB-kE\ )  
xyz-T1ib  
O,JthlAV4  
+U%lWE%  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ?-\KVha  
Q:VD 2<2  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 JEBo!9  
O t `}eL-  
1) 评估最大模式阶数 S_2I8G^A  
hY'"^?OP  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: x_Ais&Gc  
iJrscy-  
on&N=TN  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 #0Oqw=F  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 F<-Pbtw  
'Dk(jpYB  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 gYzKUX@  
ocgbBE  
7P|(j<JX6'  
?QVD)JI*k  
o~>p=5t  
2)设置多模高斯光源 N{p2@_fnB  
<!OP b(g2  
x=au.@psBS  
y'yaCf  
J?%D4AeS]v  
3) 设置优化函数 ]r"{G*1Q 9  
q9WSQ$:z8  
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)。 l3iL.?&Pa  
'pm2C6AC  
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。 LK:|~UV?  
dqKTF_+VhA  
*.nqQhW  
@MB;Ez v  
b. 导入实际测量的远场光强分布 u5CT7_#)  
D *LZ_  
/ V {w<  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) F~l3?3ZV  
BxZop.zwE(  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 Cq(Xa-  
09%eaoW  
a. 打开参数优化 uqO51V~  
ZA9']u%EJ  
)uX:f8  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 f1~3y}7^Jq  
dU&.gFw1  
图2
HK[sHB&  
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: v"F0$c  
IYCKF/2o  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 40 c#zCE  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 /d{L]*v)]  
;!~;05^iD  
M3t_!HP}!  
图3
%MjPQ  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 /t9w%Y  
D{l.WlA.  
图4
N0qC/da1  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 a<Ns C1  
S|>Up%{n[  
图5 y2qESAZ%k}  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: _N-7H\hF  
Q[b({Vj;tG  
图6
H_AV3 ;  
4.总结 ,jt098W  
!}3`Pl.(r  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 \iL,l87  
O?2<rbx  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 \YKh'|04  
tAC,'im:*  
DS$ _"'g%i  
QQ:2987619807
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