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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) J5zu}U?  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 wV"C ,*V  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ~2}^ -,  
许可证:CC-BY-SA 3.0 e ls&_BPE  
-hKtd3WbT  
摘要 +\66; 7]s  
u\@ L|rh  
7WN$ rl5/  
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。 i; 3qMBVY~  
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。 l`vr({A  
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。
1#jvr_ ga  
0@2pw2{Ru  
1. 建模任务 \\,z[C  
\?NT,t=3J  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 1a;&&!X  
6| {uZNz  
g<PdiVp+  
2. 方法 W'M\DKJ?  
O:(%m  
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: \ /6m  
:Qklbd[9qF  
.X(ocs$}  
Ab f=b<bu  
/pDI \]  
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。 POvpaPAZ<  
0!,)7  
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。 QprzlxB  
4C_-MJI  
7&9'=G  
8yc?9&/ |  
3. 在VirtualLab中的过程操作 7w=%aW|  
1eDc:!^SD  
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。 xj!_]XJ^w  
A4W61f  
1) 评估最大模式阶数 0yxMIX  
Epm=&6zf  
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: WtTwY8HC  
7a:mZ[Vh  
6\9 9WQ  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ;DKwv}  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 KCed!OJ+  
<P3r}|K  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 UI:{*N**Z  
@.X}S "yr  
PaFJw5f  
Mr(~ *  
:*!u\lV\  
2)设置多模高斯光源 0ZV)Y<DJ  
BKm$H! u  
X?.bE!3=  
<8 At =U  
\6Ze H  
3) 设置优化函数 8P!dk5 ,,O  
m=S[Y^tR  
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)。 j#U?'g  
As (C8C<  
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。 ]T(O;y*m   
9,'5~+7  
asW1GZO  
KF'H|)!K  
b. 导入实际测量的远场光强分布 C)z[Blt  
1 qUdj[Bj  
_'H<zZo  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) _u;^w}0  
_ |TE )h  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 B;;D(NH  
vEzzdDwi6  
a. 打开参数优化 B0z.s+.  
Ti3BlWQH  
g@Ni!U"_c  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 sD{b0mZT  
&"tce6&  
图2
? 3}UO:B  
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: +X*`}-3  
N@MeaO  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) @L<[38  
-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 BlOU.B  
50DPzn  
7-o=E=  
图3
R\.huOJh  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Q5,@ P?  
 ~M'\9  
图4
^CK)q2K>[  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 gs8L/veP  
~o/^=:*  
图5 pz&=5F  
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: =` i 7?  
?J~JQe42  
图6
Pm1 " 0  
4.总结 z'qVEHc)  
h+74W0 $  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 MtYP3:  
sd[QtK^  
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。 pt4xUu{  
8zc!g|5"  
QQ:2987619807
GBphab|  
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