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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) x2&! PpM  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028  iIEIGQx  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 fu "z%h]   
许可证:CC-BY-SA 3.0 +p}Xmn  
>E,L"&_j  
摘要 4aGpKvW  
F5Q. Vh  
K$vRk5U  
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。 .p0n\ $r  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 Ay6rUN1ef  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
yrYaKh  
PWD]qtr  
1. 建模任务 %mv x}xV  
!9cPNIi  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? m1; <T@  
:Du{8rV  
d@4=XSj  
2. 方法 -^ ayJ73  
1 'pQ,  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: ^[z\KmUqt  
%7wzGtM]ps  
XUNgt(OGR'  
*7V{yK$O|  
B=/=U7T  
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。 00wH#_fm  
0 S8{VZpy  
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。 |wn LxI  
7IW7'klkvD  
4i&!V9@:  
I,?LZ_pK  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Y tj>U  
"Ksd9,J\b  
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。 54_m{&hb  
2-2LmxLG  
1) 评估最大模式阶数 pnb$lpxt  
d }CMX$1  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: XxQ2g&USk  
'N/%SRk  
U]&%EqLS  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +mPB?5  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 1L9 <1  
*4\ub:9  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 m{Xf_rQ w  
>(Ddw N9l  
bbA<Zp  
p)] ^>-L  
6UP3Ij  
2)设置多模高斯光源 3VgH* vAU}  
udr'~,R  
ViONG]F  
.qP zd(<T7  
> _) a7%  
3) 设置优化函数 TK1M mL  
j+v)I=  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 x6P^IkL:  
#f@53Pxb  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 9{&x-ugM  
~$ Yuxo  
t/c^hTT  
E_*T0&P.P  
b. 导入实际测量的远场光强分布 $(hZw  
cZi&L p  
32J  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ?q7Gs)B=^'  
u(qpdG||7  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。  n6dg   
SxyFFt  
a. 打开参数优化 N* QI>kzU  
;0WlvKF  
w%"q=V  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ttxOP  
z#ET-[ I  
图2
eLWzd_ln  
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: ,s<d"]<  
OTm"Iwzu@  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) q9Wtu7/  
-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。 +d. Bf  
D=+sD"<|  
GR9F^Y)K{  
图3
!o7. L%S  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Il[WXt<S  
Y"U&3e,  
图4
n+w>Qz'  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 "^7Uk#! 7  
$~l :l[Zs  
图5 -A~<IyPt  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: -. G0k*[d  
9)`wd&!  
图6
epePx0N%x$  
4.总结 R2{X? 2|$  
37DvI&  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 'L7.a'  
$1F9TfA  
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。 :>u{BG;=79  
5VS<I\o}  
QQ:2987619807
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