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2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) <w.V !"! 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 Y5cUOfYT 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 *Rr,ii 许可证:CC-BY-SA 3.0 NQ@ EZoJ aSXoYG0\ 摘要 WO^smCk ldanM>5 bq<QUw=]q& 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。 w0^( jMQe^ 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。 u%VO'}Gz 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。 (3c,;koRR =@gH$Q_1 1. 建模任务 9!gmS?f 7 fqK{^L 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? sB-c'`,w`
g4RkkoZ>) S)@R4{=e"V 2. 方法 bN<c5 m$pXe< 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: `
n@[=l~ L~I<y;x
g%1!YvS3v A$Es(<'9g 4h:Oo 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 }_@cqx:n^ zd>[uIOR VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ,'={/)c< ( F0.lDZ +=$]f jE? gC<\1AIu 3. 在VirtualLab中的过程操作 n_.2B$JD OA4NXl' 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。 {BY`Wu:w q|=tt(}G 1) 评估最大模式阶数 sZ]O&Za~ yY[[) 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: (@uQ>dR: )&se/x+ H Y.,f_m nmax=x方向上光强极大值的数量-1 p
Ic;9 mmax=y方向上光强极大值的数量-1 :NA cad k[A=:H1" 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 .<rL2`C[c im*QaO%a4 i ,4
=
fuF]yL% *~prI1e( 2)设置多模高斯光源 A6q,"BS^d zu*0uL
<W|{zAyv *)L%pH>` RTH dL 3) 设置优化函数 T>kJB.V:oQ !i.`m-J* 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)。 9 n|H%AC w_/q5]/V-5 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。 ZKAIG=l&! \>23_d0
',*I=JW; `@")R- b. 导入实际测量的远场光强分布 1p+2*c czdNqk.kh
XH1so1h 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) xfos>|0N O0WzDD VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 e9k}n\t3 ,yAvLY5P a. 打开参数优化 M\e%GJ0 /<zBcpVNV
]1abz: 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 r,[vXxMy(;
9);a 0}*5 图2 7{."Y@ 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: .;/@k%> yY`<t -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) hh
<=D.u -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。 lJ R",_ qJ5Y}/r
Z^>3}\_v 图3 ]Ol@^$8} d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 n&FN?"I/]
N''9Bt+: 图4 Kdik7jL/J e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @~QW~{y
,Z&"@g 图5 M6pGf_qt f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: niqi DT/
HQQc<7c", 图6 %$!}MxUM 4.总结 kTc'k bYgrKz@uK VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 p&:RSO J--9VlC' 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。 w<-CKM3qe /3'-+bp^= QQ:2987619807 G/N'8Q)
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