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真实多模激光的建模
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infotek
2021-09-16 09:12
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans)
J6jwBo2m
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028
tbO H#|
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱
ci+tdMA
许可证:CC-BY-SA 3.0
C4NTh}6tT
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摘要
Ks\ NE=;5
~g7l8H67
f}D1|\7
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。
hTbI -u7BF
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。
!u]1dxa
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。
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sm$(Y.N
1. 建模任务
L_w+y
`|Or{ih
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线?
vp(;W,ba:|
HD N9.5S
_uJ"m8Tl
2. 方法
,<:!NF9
iS?42CV
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示:
>s` J5I!
yObuWDA9
t5[[JD1V
jP~Z`yf
`CeJWL5{
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。
_f6HAGDN
b$eXFi/
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。
4H+Ked&Oq
(|d34DOJ
zB? V_aT
V#jWege
3. 在VirtualLab中的过程操作
[ 4;Ii
)(7&X45,k
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。
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a {ab*tM
1) 评估最大模式阶数
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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:
^'jEnN(
iKas/8
f7I{WfZ\P
nmax=x方向上光强极大值的数量-1
W(hMft%
mmax=y方向上光强极大值的数量-1
(5Sivw*mP
R1Ye<R!Q
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。
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&P,^.'
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S!{t6'8K
_sy'.Fo
2)设置多模高斯光源
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VxzkQ}o
z_ =Bt
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3) 设置优化函数
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v=95_l
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)。
pN\Vr8tJ
qOaQxRYm%Y
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。
DKVT(#@T
t!K*pM
OTZ_c1"K
`m.eM
b. 导入实际测量的远场光强分布
k0Ek:MjJr
B-d(@7,1
z>R#H/h+
4) 进行参数优化(Parametric Optimization)
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^2]LV6I
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。
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,i.%nZw\
a. 打开参数优化
B cj/y4"
dO7;}>F$n
IHC1G1KW=A
图1
b. 选择优化变量,即四个模式
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图2
U1_&gy @y
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:
T#Z%y!6
3/JyUh?
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值)
Iak0 [6Ey
-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。
gK|R =J
-=698h*
D5?phyC[Z
图3
~Ki`Ze"x
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化
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(c v!Y=]
图4
yg]2erR
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果
s=Q(C[%I
E2B>b[
图5
8dK0o>|}
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:
R.s|j=
5.tvB
图6
<Q<+4Y{R
4.总结
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VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。
Lv1{k\aw
Eaad,VBtU
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。
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QQ:2987619807
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