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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$ymPx /BQqg08@L 1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 w3sU& |N 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 zn&ZXFgN 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 q165S xLi3|^q 1. 建模任务 5p:BHw;%; EQd<!)HZ 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? V.qH&FJ=l
A?}[rM
Z C#yRop_d]o 2. 方法 {7]maOg>7J ;s3\Z^h4kd 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: hwL`9.w |W=-/~X
jn(!6\n" G/(,,T}eG Yk?q \1 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 GQhy4ji'z gt(p%~ VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 s2|.LmC3|B =7H\llL4BC :3D6OBkB dhnX\/ 3. 在VirtualLab中的过程操作 rTVv6:L 6B7*|R> 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 I%Yq86 [r3sk24 1) 评估最大模式阶数 _,aFQ^]'9 ^--R#$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-'( \z FCph4 2)设置多模高斯光源 9@q!~ur &I8DK).M+
j$/#2%OVN 6fI2y4yEz -.MJ3 3) 设置优化函数 HK<S|6B7V Et(H6O8 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`mNA
@}!?}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 lV4TFt, 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,Eh8HboK 4.总结 AT3HHQD 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
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