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真实多模激光的建模
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infotek
2020-12-22 09:45
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans)
of+phMev
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028
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需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱
XWUvP
许可证:CC-BY-SA 3.0
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hi {2h04
摘要
ZSF=
|5O >>a()
vZ[$H
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。
,5eH2W
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。
t,=@hs hN
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
ZL-uwI!`D
*Z]5!$UpC
1. 建模任务
h/ LR+XX!
Gut J_2f^9
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线?
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']d!?>C@o
+ ZR(
2. 方法
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( }]37
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:
r@*=|0(OrK
c&7Do}
E8T"{ R80
1<LC8?wt
5i!V}hE
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。
N,j>;x3xT
*[d~Nk%Y$
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。
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hmK8jl<6
qDby!^ryc
I@3Q=14k%
3. 在VirtualLab中的过程操作
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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。
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1) 评估最大模式阶数
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k~0#'I9
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:
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Z|2Eb*
K#GXpj
nmax=x方向上光强极大值的数量-1
*'Z-OY<V
mmax=y方向上光强极大值的数量-1
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!"g=&Uy&
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。
M*d-z
w) =eMdj\o
N=>- Q)
Y3-]+y%l
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2)设置多模高斯光源
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3) 设置优化函数
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*Y8XP8u/
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)。
iPMB$SdfO
%/P=m-K
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。
O[; +i
E::L?#V
0r1g$mKb
m'd^?Qc
b. 导入实际测量的远场光强分布
6H0W`S0a
Gu2_dT
T'hml
4) 进行参数优化(Parametric Optimization)
5!<o-{J[(=
v#zPH5xo
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。
aIQOs
?p(kh^ z
a. 打开参数优化
Z,3 CC \
y $:yz;
,aI,2U91
图1
b. 选择优化变量,即四个模式
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!;i*\ a
图2
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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:
j5zFDh1(
TfL4_IAG.
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值)
T0r<O_ubOA
-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。
"r@G@pe
J=):+F=
C(s\LI!r
图3
[6_"^jgH
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化
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图4
z4g+2f7h-X
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果
D%A@lMru
JPLI @zX^
图5
i (0hvV>'
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:
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B3Mx,uXT\
图6
Z9xR
4.总结
D{R/#vM jk
IQIbz{bMx
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。
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6%%PP8.F
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。
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QQ:2987619807
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