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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) 6n<:ph,h;  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 i1  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 YsDn?pD@  
许可证:CC-BY-SA 3.0 j_Dx4*v g  
IUI >/87u  
摘要 3vmZB2QG  
84|Hn|4t  
tR*J M$T  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 0gxbo  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 tTC[^Dji  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
e PlEd'Z  
M]eH JZ~v  
1. 建模任务 \O@,v0?R  
IaN|S|n~  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? Pgb<;c:4  
#j'O rD  
]#_,?d  
2. 方法 Wrt3p-N"D  
=XyK/$  
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: ]"aC wr  
F@&q4whaVD  
{b} ?I4)  
389T6sP]  
S+_}=25  
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。 hE+6z%A8  
6i,d|  
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。 omY%sQ{)  
#;>J<>  
)k=8.j4  
7G!SlC X}W  
3. 在VirtualLab中的过程操作 g,mcxXO  
zN*/G6>A  
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。 N%n#mV;  
eRv3qK{`  
1) 评估最大模式阶数 $0NWX  
lB.P   
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: ?}lgwKBHl;  
<HI5xB_  
6D@tCmmq  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 8kX3.X`  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 d8/lEmv[  
!uy?]l  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ngn%"xYX  
v`bX#\It  
*~4w%U4T0  
(Sv7^}j  
p~$\@8@  
2)设置多模高斯光源 u3w `(3{ <  
}mk9-7  
) ^!oM  
7 8Nli/U  
c-n'F+fZ  
3) 设置优化函数 C.FGi`rrm  
Y)?4OB=n  
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)。 qdjRw#LS^q  
"-90:"W  
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。 ` L6H2:pf  
[P`Q_L,+  
LX!16a@SxA  
Y:ZI9JK?  
b. 导入实际测量的远场光强分布 P2!@^%o  
E _/v$  
#AFr@n  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) )j]S ;Mr  
84cmPnaT  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 gU0}.b  
7a-> "W  
a. 打开参数优化 #sq-V,8  
u3dhMnUn  
RHz'Dz>0  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 rb qH9 S  
(3&@c!E  
图2
*B#<5<T  
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: kS8srT /H  
JOx75}  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 7Z93`A-=  
-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。 x\3tSP7Vp  
hJrxb<9@Y0  
@L,T/m-HF  
图3
iEsI  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 AFc#2wn  
b^;19]/RW  
图4
pIqPIuy  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 rPZ<  
^{zwIH2I]  
图5 e*jn7aya  
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: _C)u#]t  
 N_=7  
图6
,D  [  
4.总结 !3-mPG< ]  
1x V~EX  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 #z6RzZu  
N?p9h{DG  
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。 rM2?"  
GQ$0`?lp  
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QQ:2987619807
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