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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) coDj L.u  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 ,I]7g4~  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 VS?dvZ1cC  
许可证:CC-BY-SA 3.0 3&es]1b  
/H')~!Yz  
摘要 Fse['O~  
osl=[pm  
0pD W _  
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。 O -G1})$  
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。 X E 9)c   
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。
Rab#7Q16Q8  
l '/N3&5  
1. 建模任务 tWm>j  
)o{VmXe@@  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 5O&d3;p'  
`)6>nPr7P  
&.zj5*J  
2. 方法 @r F/]UJ  
\/!ZA[D|E\  
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: J{d(1gSZ  
~;[&K%n  
G*B$%?n  
W6vf=I@f  
eK'wVg#  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 I~)cYl:|G  
d/S+(<g  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 iNQ0p:<k  
a5a1'IVq  
`)$`-Pw*  
`fz,Lh*v  
3. 在VirtualLab中的过程操作 H'EY)s Hi  
#4><r.v3  
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。 JkU1daTe  
"}@i+oS  
1) 评估最大模式阶数 #zt*xS[{0  
77*qkKr  
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: g`[`P@  
=NZ[${7mq  
!2$ z *C2;  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 dx@QWTNE  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 {^J!<k,R\;  
]9*;;4M g  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 'a#mViPTQ)  
U]1(&MgV  
mRwT_(;t  
E"#Xc@  
'tm$q /&  
2)设置多模高斯光源 *"cD.)]#2  
j)Y[4 ^k^  
.wy$-sG81  
rA1q SG~c  
ZB[k{Y  
3) 设置优化函数 ~zF2`.  
l}rS{+:wK  
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)。 (#|{%4g@>  
+?[BU<X6u  
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。 wAFW*rO5o  
iY~rne"l  
:$g8Zm,y  
rwSbqL^eM  
b. 导入实际测量的远场光强分布 ZCYS\E 7X  
C!&y   
Bu3T/m  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) UXH"si:  
_U0$=V  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 zN~6HZ_:^  
L9FHgl?  
a. 打开参数优化 bA@P}M)X  
P`jL]x  
}T.?c9l X  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 " xR[mJ@U  
J!TBREK  
图2
C4\,z\Q  
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: bk<FL6z z  
rNlW7 Y  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) V&ot3- Rf  
-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。 QTmZ( >z  
1J}8sG2`  
q; ji w#_  
图3
6CCbBA  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 DCQ^fZ/  
SDYv(^ f ,  
图4
?La Ued'  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 -*a?<ES`  
3y A2WW  
图5 bZ 443SG  
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: /6+NU^  
[/ M`  
图6
:I1_X  
4.总结 ?okx<'"[  
'ZP)cI:+X  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 v jT( Q  
Kw5Lhc1V  
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。 {ZsdLF#  
o0It82?RN  
QQ:2987619807
j&R+2%  
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