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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) }y|% wym  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 "$0f.FO:i  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ;oh88,*'  
许可证:CC-BY-SA 3.0 &>I8^i  
LU?#{dZ  
摘要 sf\;|`}  
\nkqp   
5 1 x^gX|  
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。 +6gS]  
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。 8H;TPa  
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。
!}1n?~]`  
pKEMp&geo  
1. 建模任务 < ]wN/B-8J  
7MGc+M(p  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? mqsf#'ri  
5R"b1  
9D<^)ShY  
2. 方法 ^~BJu#uVyy  
zztW7MG2lQ  
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: G>:l(PW:  
KL5rF,DME  
'c &Bmd40  
rEAPlO.Yp  
Fof_xv9  
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。 `=-}S+  
U#F(#3/  
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。 zv0RrF^  
{'!D2y.7g  
"X]u fZ7  
FswFY7 8  
3. 在VirtualLab中的过程操作 3ZZJYf=  
3\(s=- vh  
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。 k*M{?4  
"{V,(w8Dt  
1) 评估最大模式阶数 %mcuYR'D}  
m   
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: PTePSj1N  
vG\Wr.h0!=  
$%t{O[ (  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 RM i 2Ip  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 /(}V!0\?  
1:>RQPXcWv  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 yTDoS|B+)  
|f>y"T+1  
n[iil$VKh  
{M%"z,GL7J  
J,~)9Kh$  
2)设置多模高斯光源 T8KhmO  
g|+G(~=e|  
G2jEwi  
Yd<~]aXM   
g{D&|qWj  
3) 设置优化函数 ,LMme}FFeb  
71 A{"  
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)。 a)TNVm^  
2i>xJMW  
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。 =x^I 5Pn  
* e 8V4P  
rmhCuY?f  
Maxnk3n  
b. 导入实际测量的远场光强分布 *U8#'Uan  
PO}Q8Q3  
)5&m:R9  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) RB\WttI  
BF_k~  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 We4 FR4`  
ag+ML1#)  
a. 打开参数优化 Xt7'clr  
B{K'"uC  
sEj:%`l|  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ^Qr P.l#pZ  
#k"[TCQ>  
图2
D!<$uAT  
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: JZv]tJWq  
Lhc@*_2  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) u+R?N% EKP  
-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。 :^*V[77  
RSi0IfG5  
HdLkof2i  
图3
.ClCP?HG  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .kYzB.3@]  
mvL'l)  
图4
HcVPJuD  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 8qc %{8  
3Mcz9exY  
图5 'wZy: c  
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: BJq}1mn*  
=;a4 Dp  
图6
FEZ6X  
4.总结 87Uv+((H  
|{jAMC0#  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 x2B"%3th0  
&B2c]GoW  
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。 Gzfb|9 ,q  
3D.S[^s*  
QQ:2987619807
pd;-z  
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