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2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) )L b` 4B 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 +f/
I>9G 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 mjD^iu8? 许可证:CC-BY-SA 3.0 c(Dp`f, ~5P9^`KNH 摘要 z*},N$2=
~@'wqGTp |m's) 1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 &~_F2]oM 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 Ow;thNN 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 Qder8I 3 yx[*'e$ 1. 建模任务 l[E^nh> c,1 G+. 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? M(C">L]8
"1a;);S=*) 9`f@"%h 2. 方法 %6Gg&Y$j! l#[Z$+!09 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: J1w[gf]J XUP{]w`.Z
}d%CZnY&7 VP1hocW O\<zQ2m 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。 89M'klZ if&bp , 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。 : #a i]Mem M- ^Laqq%PI #da{3>z: 3. 在VirtualLab中的过程操作 ,V1"Typ#< h7Uj "qH 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。 ~xqiasE#K T";evM66 1) 评估最大模式阶数 /si<Fp)z B?BOAH 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: .=eEuH 7^i7U-A<A Rw'}>?k] nmax=x方向上光强极大值的数量-1 %_|KiW mmax=y方向上光强极大值的数量-1 JMB#KzvN[ y`oj\ 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 bUcp8 s)WA9PiC ^iONC&r
T7nI/y [!)HWgx 2)设置多模高斯光源 L-(bw3Yr> xN*k&!1&
!yv>e7g^ QD7KE6KP' K<^p~'f4P 3) 设置优化函数 $IQPB_: [RXLR# 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 :6Z2@9.}w 3t<a3"{9 a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 O84:ejro Q\4tzb]
{dxFd-K3 zr!7*,
p b. 导入实际测量的远场光强分布 8-@@QZ\N X$UK;O
U,!qNi} 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ymm]+v5S.] 0J+WCm` VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 y#a,d||N1 M d4Q.8 a. 打开参数优化 lo!pslqsn ZbC$Fk,,I&
|?V7E\S 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 ow'G&<0b
nFJW\B&(` 图2 {ENd]@N* c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: 6?u`u t I3 "6" -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) poAJl;T -信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 `<g]p-=": )5( jx
no8\Oees 图3 ^# #j
{h7 d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {_b2!!p
+IS6l*_y>6 图4 DY#195H e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 QcrhgR
se.HA 图5 ogIu\kiZ f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: w)ki<Dudg
*f 7rLM* 图6 +ZbNSN= 4.总结 sg=G<50i &wlD`0v VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 :4AIYk=q D]_6OlIE#' 从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 'Y @yW3K >>$L
vQ QQ:2987619807 }>M\iPO.]*
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