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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) !|W.YbS  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 Pl. y9g~  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 4ClSl#X#i  
许可证:CC-BY-SA 3.0 N%,zME  
67;6nXG0K  
摘要 V|hwT^h  
Gshy$'_e  
Bq;GO  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 \11+~  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 i)]f0F  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
]H aX.Z<  
g[R4/]K^$  
1. 建模任务 >=d 5Scix  
F [Lg,}  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 52 *ii  
;[79Ewd#$  
[7Q%c!e$*  
2. 方法 v8WT?%  
Dpwqg3,  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: QI'-I\Co  
#sg*GK+|:R  
SA#01}&p  
`rXb:P7m{j  
Zb&pH~ 7  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 ,N _/J4Us  
Qcks:|5  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 qDTdYf  
vsyg u  
+?W4ac1  
JQ;.+5 N<K  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Yg?BcY\  
Yo1]HG(kXB  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 {/(.Bpld  
C0K: ffv;<  
1) 评估最大模式阶数  H2oxD$s  
)Fp$ *]|  
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: ^Zp  
SuB8mPn  
,  O/IY  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 i6A9|G$H  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 C=|8C70[%N  
]=%6n@z'  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 _Rb2jq(&0  
ij|>hQC5i  
ar\ K8mj  
Kj"X!-  
>_xuXEslUz  
2)设置多模高斯光源  }JWkV1  
NjT*5 .  
Be6+YM5Cl  
WF-jy7+  
$=Ns7Sbup  
3) 设置优化函数 3z, Ci$[  
"OA{[)fw"  
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)。 Qclq^|O0  
_G-y{D_S&  
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。 9gdK&/ulR  
w~'}uh  
^a`3)WBv8  
Ue60Mf  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Cc*R3vHM6  
3^nH>f-Y  
#AB5}rPEI  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 7i{(,:  
Ef?hkq7X<  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ;x 2o|#`b  
YvcV801Go  
a. 打开参数优化 $i6z)]rjg  
},#7  
UKZ )Boo  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 tK .1 *  
M2w'cdHk  
图2
0ug&HEl_w  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: JKfJ%yy |  
"g#%d  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) fqY'Uq$=  
-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。 4oH ,_sr  
7n.Oem  
<qpzs@  
图3
T@i* F M  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 &Jb\}c}  
7(X z%v   
图4
NU?<bIQ  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ;*t#:U*  
8{/.1:  
图5 S4 Uu/EX6S  
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: ~CkOiWC0  
|%F,n2  
图6
mICEJ\`x  
4.总结 +)WU:aKI  
[2Zy~`*y{  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 jq*`| m;Q  
=#[oi3k  
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。 dd<l;4(  
<{bxOr+  
QQ:2987619807
Vc;[0iB  
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