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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) rhUZ9Fdv  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 jEI!t^#  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 (8>k_  
许可证:CC-BY-SA 3.0 dY O87n  
m1`ln5(R  
摘要 P0 89Mh9  
XBeHyQp  
Gge"`AT  
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。 L ~;_R*Th  
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。 z?i82B[Tm  
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。
2 na8G  
nDPfr\\  
1. 建模任务 1-b,X]i  
FEP\5d>  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? a<HM|dcst  
CP?\'a"Kt  
0\i&v  
2. 方法 ^^%*2^  
,Y&kW'2  
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: %Ajf|Go0/G  
BS{">lPmx  
{!EbGIh  
-BjB>Vt  
4b<:67 %  
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。 j5RM S V  
*vj5J"Y(;t  
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。 :{Y,Nsa  
Cf10 ud   
|e pe;/  
T8RQM1D_s  
3. 在VirtualLab中的过程操作 B)c.`cfr*\  
Nd( $s[  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 %b_zUFHPp  
lvFHr}W  
1) 评估最大模式阶数 g:*yjj  
ciXAyT cG  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: 1o$<pZZ  
$AX!L+<!  
.jRXHrK;  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 wv*r}{%7g[  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 SWmdU]  
lw Kr$X4  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 8 {QvB"w  
K1$Z=]a+  
 a1j 6-p  
3|~(9b{+  
apYf,"|9  
2)设置多模高斯光源 LS \4y&J40  
DG& kY+  
Cx@,J\rsQ  
Ml)WY#7  
O c" 2|X  
3) 设置优化函数 gfp#G,/B  
<Siz5qQI4  
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)。 0phGn+"R  
. Bv;Zv  
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。 a{{([uZ  
3 8f9jF%7j  
Q#vur o  
he!e~5<@y  
b. 导入实际测量的远场光强分布 V862(y  
L >xN7N3&m  
d_OHQpfK  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) Qn6&M  
x2 tx{Z  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 WJhI6lu  
4sG^ bZ,  
a. 打开参数优化 qf'uXH  
iJ#sg+  
NRgNh5/  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 )jm}h7,  
]?-8[v~{C  
图2
E.zY(#S  
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: o@XhL9  
/X9Kg  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) tp7cc;0  
-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。 qwoF4_VN  
ewvFUD'j  
9jBP|I{xI  
图3
$!H;,Jxv  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 !EB<e5}8wK  
Xy5#wDRC  
图4
N7=lSBm  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Hyh$-iCa  
"**Tw'  
图5 #R-l2OO^]  
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: h/?$~OD  
] -iMo4H  
图6
1wAD_PI|BH  
4.总结 ?d&l_Pa0e  
`n)e] dn  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 +#ufW%ZG  
3)cH\gsg9  
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。 pL 2P .  
+&bJhX  
QQ:2987619807
=#L\fe)q)  
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