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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) _xUXt)k  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 QQ9Q[c  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 r4sR5p]|  
许可证:CC-BY-SA 3.0 (ni$wjq=z^  
eD3F%wxz  
摘要 )+G(4eIT  
'9)@U+yfQ  
[xC (t]S-  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 vIJdl2(^E  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 n7G$gLX  
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。
bCF63(0  
CHz(wn  
1. 建模任务 w~9gZ&hdp  
Tla*V#:Ve  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? "J9+~)e^!  
580t@?  
OL>/FOH:Fx  
2. 方法 'a}{s>{O  
X%dOkHarB  
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: Xw%z#6l  
2g$Wv :E3  
Y5 dt?a  
H{BjxZ~)  
G\ofg  
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。 0ePZxOSjD  
[{ pc1U-  
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。 4u&doSXR  
P7o6B,9  
u-Vnmig9  
m^7pbJ\|  
3. 在VirtualLab中的过程操作 LP~$7a  
%(E6ADB  
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。 $lqV(s  
S:d` z'  
1) 评估最大模式阶数 Eq?o /'e  
86_Zh5:  
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: ?tcbiXRG+  
nRGH58  
$Z j.  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 s)V^_@Z 9  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 S8y4 p0mV  
R[V%59#{Z  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ,wV2ZEW}e  
"*0 szz'  
+ $-a:zx`l  
4MIVlg9  
WC4Il C  
2)设置多模高斯光源 d_`Ze.^   
jK{MU) D+  
^uj+d"a)  
?`vb\K<5H;  
DW-LkgfA  
3) 设置优化函数 zumRbrz  
SlZu-4J.-  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 fZZ!kea[  
TwH(47|?Nt  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ;f><;X~KX  
YmwVa s  
vfjIpg%i  
J kA~Ol  
b. 导入实际测量的远场光强分布 YGHWO#!Gp  
t@Jo ?0s  
uPqPoI>N!  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) \yy!?UlaI  
I;7{b\t Q  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 zx!1jS  
YT_kMy>  
a. 打开参数优化 gW, ET  
]oY~8HW  
fSTEZH  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 }$o%^ "[  
D(&OyZ~Q+  
图2
o ZAjta_4  
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: ;)kBJ @  
sJD"u4#y  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ^_oLhNoez2  
-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。 %ry>p(-pC(  
/Iskjcc60W  
0I k@d'7  
图3
wEp/bR1=  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 VcP#/&B|  
|gaZq!l  
图4
OS,$}I[`8  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ug{F?LW[  
YlA=? X  
图5 Vs"Z9p$U  
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: %>bwpN  
|joGrWv4  
图6
 2AluH8X/  
4.总结 ,lUo@+  
LgaJp_d>9*  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 *qqFIp^  
q&M;rIo?  
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。 MVCCh+,GI  
qm '$R3g  
QQ:2987619807
~\^8 ^  
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