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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) o^<W3Z  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 LH>h]OTQF  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 qnf\K}   
许可证:CC-BY-SA 3.0 /P/::$  
p&3~n: Fo  
摘要 c/`Rv{ *'o  
txy'7t  
jN2Xoh9  
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。 )iCg,?SSw=  
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。 @v n%  
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。
+!<{80w  
mp17d$R-  
1. 建模任务 @1)C3(=A  
l ?gh7m_ej  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? H^8t/h  
kud2O>>  
G>W:3y  
2. 方法 =8x-+u5}rK  
+ )*aS+  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: |sV@j_TX  
wm/>_  
1xMD )V:  
Oa -~}hN  
{aWfD XB1  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 S-G#+ Ue2  
fFd"21 >  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 xwu,<M v `  
j% E9@#  
\t]aBT,  
pqxBu  
3. 在VirtualLab中的过程操作 8^"P'XQ  
`pYL/[5  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 b ;t b&o  
[N guQ]B.  
1) 评估最大模式阶数 )\,hc$<=m  
r2>y !Q?  
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:  Fs1ms)  
}}~ t! /x  
p|R]/C0f  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 R,[+9U|4V  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 R86:1  
({p @Ay  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 RaY=~g  
g;<_GL  
S[o R q  
/ S)&dN`  
aFwfF^\(|,  
2)设置多模高斯光源 K6z-brvw "  
b:(*C  
qVmG"et'J  
%#b+ =J  
t&Z:G<;  
3) 设置优化函数 ;/<J& #2.  
vxx7aPjC  
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)。 Y4n; [nHQ(  
0P6< 4  
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。 O{`r.H1',  
Bc2PF;n  
E[E[Za^Y  
L~xzfO  
b. 导入实际测量的远场光强分布 L[9]Ez$2+  
OQZ\/~o 5  
9:jZ3U  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) FR@## i$  
WXC}Ie  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 NX4}o&mDwn  
6sp?'GO`~  
a. 打开参数优化 "Crm\UI6  
Qr l>A*  
;'J{ylRQ  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 &`4v,l^Zi6  
d ;W(Vm6  
图2
H Ql_ /:Wx  
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: /R44x\nhr  
$I-i=:}g  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值)  a7UfRG  
-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 J.sa&\H  
x9!vtrM\Zr  
N/fH%AtM  
图3
`[5QouPV  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 >O&:[CgEF  
4l*4w x""v  
图4
q^hL[:ms#  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 mME a*9P  
?5L.]Isa5  
图5 R83Me #&  
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: o-jF?9m  
=a .avOZ  
图6
' Z}/3 dp  
4.总结 "cUCB  
U:.  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 $lMEZt8A  
,@Izx  
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。 Ih.6"ISK}  
HjAQF?;V  
QQ:2987619807
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