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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) Dmh$@Uu#F  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028  kORWj<  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 r)t[QoD1  
许可证:CC-BY-SA 3.0 >fC&bab  
M1Q&)am  
摘要 5=TgOS]R  
!4p{ b f  
@D9O<x  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 Al yJ!f"Y  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 pf8'xdExH)  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
L~ &S<5?  
/4r2B. 91O  
1. 建模任务 ( >}1t!1  
K GgtEh|  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? {-5)nS^_  
?AFb&  
li*S^uSF  
2. 方法 )q<VZ|V  
,kJ'_mq  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: B!&5*f}*  
.BP d06y  
K28L(4)  
o CCtjr  
*B&P[n  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 "(mJupI  
%wbdg&^  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ]O|>nTa  
:-x?g2MY  
0N1t.3U  
ranem0KQ)]  
3. 在VirtualLab中的过程操作  hlVC+%8  
' #K@%P  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 "W5MZ  
VESvCei  
1) 评估最大模式阶数 8>x5|  
W1)SgiXnuy  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: H r:*p6  
URVW5c  
8$-MUF,  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 x)?V{YAL  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 e,s  S.  
]{tWfv|Xg8  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 8g=O0Gb  
 C6gSj1  
jZIT[HM  
`)O9 '568  
IEm?'o:  
2)设置多模高斯光源 7}xQ4M\u$  
lZwjrU| _  
Hl$qmq  
54z`KX 73  
lz=DGm  
3) 设置优化函数 2@(+l*.Q  
/,:cbpHsu  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 pRfKlTU\  
vT5GUO{5  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 moM'RO,M  
y1 a%f.F`  
dtuCA"D  
L@MCB-@V  
b. 导入实际测量的远场光强分布 >XZ2w_  
_U*R_2aV  
&# fPJc  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) G$ zY&  
1N),k5I  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ;R >>,&g  
]>)}xfL &,  
a. 打开参数优化 Cdl"TZ<  
{X, -T&  
!T`g\za/  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 em'3 8L|(  
#p"F$@N   
图2
OY"BaSEOw}  
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: tQj=m_  
ft8  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ]@SEOc@ j  
-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。 xD7Y"%Pbx  
{(-TWh7V  
~DLxIe  
图3
Iv7BIK^0  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 bIt{kzuQC  
H"+|n2E^  
图4
\sGJs8#v][  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 |{M F o)  
O0^Y1l  
图5 AJ 0Bb7  
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: Gyu =}  
M|{KQ3q:9  
图6
L%7WHtU*#  
4.总结 #\~m}O,  
;|rFP  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -b%' K}.C  
U&kdR+dB  
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。 *[nS*D\:  
cL %eP.  
QQ:2987619807
-}qay@cDt  
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