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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) g"kI1^[nj  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 F.1u9)   
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 wF%RM$  
许可证:CC-BY-SA 3.0 ZnzO]  
g)TZ/,NQ{  
摘要 o~\.jQQxa  
SDE$ymP x  
/BQqg0 8@L  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 w3sU&  |N  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 zn&ZXFgN  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
q 165S  
xL i3|^q  
1. 建模任务 5p:BHw;%;  
EQd<!)HZ  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? V.qH&FJ=l  
A?}[rM Z  
C#yRop_d]o  
2. 方法 {7]maOg>7J  
;s3\Z^h4kd  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: hwL`9.w  
|W=-/~X  
jn(!6\n"  
G/(,,T}eG  
Yk?q\1  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 GQhy4ji'z  
gt(p%~  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 s2|.LmC3|B  
=7H\llL4BC  
:3D6OBkB  
dhnX\/  
3. 在VirtualLab中的过程操作 rTVv6:L  
6B7*|R>  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 I%Yq86  
[r3sk24  
1) 评估最大模式阶数 _,aFQ^]'9  
^-- R#$X  
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: '\op$t/  
+75"Q:I  
Kb{&a  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 js Z"T  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 &oHr]=xA  
32SkxcfrCK  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ^p9V5o  
g}R Cjl4  
T$R#d&t  
UF-'(  
\zFCph4  
2)设置多模高斯光源 9@q!~ur  
&I8DK).M+  
j$/#2%OVN  
6fI2y4yEz  
-.M J3  
3) 设置优化函数 HK<S|6B7V  
Et(H6O 8  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ^AJ 2Y_}v  
CdmpKkq#  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 Al8Dw)uG{  
SG\ /m'F  
0)b1'xt',  
F*Hovxez  
b. 导入实际测量的远场光强分布 \ctzv``/n  
cl]W]^q-Cx  
>yP> ]r+  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ':_gYA  
mk!8>XvM  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 cl&?'` )  
=A'JIssk  
a. 打开参数优化 XP%_|Q2X  
OAW_c.)5D  
|zP~/  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 =LK`m NA  
@}!?}QU  
图2
{fl[BX]kZ  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: Gsy>"T{CY  
bf2n%-&9g  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ~'0n ]Fw  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 G:lhrT{  
" a'I^B/  
k{F6WQ7  
图3
Viw,YkC  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Ti0kfjhX7  
W|rAn2H  
图4
U"Bge\6x=  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 K3tW Y 4-  
s91[DT4  
图5 lV 4TFt ,  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: ,Fkq/h  
Bd=K40Z:  
图6
G,Eh8 HboK  
4.总结 AT3HH QD  
dJ])`S  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }{:}K<  
CW8YNJ'  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 #>lbpw  
m zoH$@  
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QQ:2987619807
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