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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) h2>0#Vp3j  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 /p>[$`Aq  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 @o ED tN  
许可证:CC-BY-SA 3.0 mm8O  
}dz(DP d  
摘要 J\V(MN,  
#5D+XBT  
"DpQnhvbB  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 0 Yp;?p^  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 >MT)=4 9q  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
v4$,Vt:7  
b<n)`;  
1. 建模任务 m%&B4E#3T  
gUp0RPs  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? F'I6aE%  
hd~rC*I  
O^#u%/  
2. 方法 @jHio\/_  
#"_MY-  
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: ooQ(bF  
> =H8>X  
A3_9MO   
bRp[N  
W=?87PkJu  
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。 F!{SeH:  
[78 .%b'  
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。 #pfosC[  
M6iKl  
9:o3JGHSc  
GHY>DrXO1u  
3. 在VirtualLab中的过程操作 =&b[V"  
j`B{w   
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。 c29Z1Zs2)  
SfUUo9R(sm  
1) 评估最大模式阶数 pZxL?N!  
@:B1  
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: G.8b\E~  
(rn x56I$  
4)I#[&f  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Z"Oa5V6[A  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 s 'x mv{|  
?C35   
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 =L%3q<]p  
#cS,5(BM  
 t;Om9  
n~j[Pw  
-::%9D}P|  
2)设置多模高斯光源 "'Uk0>d=_I  
|m- `, we  
Oy$BR <\  
W?-BT >#s  
Ah {pidUx  
3) 设置优化函数 $:!T/*p*  
bl_WN|SQ  
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)。 VhgEG(Ud  
<t% A)L%  
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。 ~-wJ#E3g  
rJp6d :M  
mcr#Ze  
bK9~C" k  
b. 导入实际测量的远场光强分布 ~79Qg{+]N  
ue<<Y"NR  
pVS2dwBqE  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) y51D-vj  
yX3H&F6  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 DAHf&/J K  
c0q)  
a. 打开参数优化 sA-W^*+  
PRC)GP&q  
NqE7[wH  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 fMPq  
cE5Zxcn  
图2
h./vTNMc  
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: OG7v'vmY  
5'Jh2r  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) +WN>9V0H  
-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。 `)M\(_  
%W',cu  
Gj8[*3d  
图3
g{)H" 8L  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Z !25xqNCd  
Fi% W\Y'  
图4
GtJ*&=(  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Kx 185Q'W  
-u9yR"n\}  
图5 H9Q7({v  
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: 'oZn<c`  
8~(+[[TQ@  
图6
]!G>8Rc  
4.总结 J&ECm+2  
dIa(</ }  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |4> r"  
3J~kiy.nfW  
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。 V /9"Xmv75  
Nwl RPyt  
:CST!+)o  
QQ:2987619807
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