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2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) !|W.YbS 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 Pl. y9g~ 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 4ClSl#X#i 许可证:CC-BY-SA 3.0 N%,zME 67;6nXG0K 摘要 V|hwT^h Gshy$'_e Bq;GO 1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 \11+~ 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 i)] f0F 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 ]HaX.Z< g[R4/]K^$ 1. 建模任务 >=d 5Scix F [Lg,} 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 52 *ii
;[79Ewd#$ [7Q%c!e$ * 2. 方法 v8WT?% Dpwqg3,
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: QI'-I\Co #sg*GK+|:R
SA#01}&p `rXb:P7m{j Zb&pH~ 7 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。 ,N_/J4Us Qcks:|5 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。 qDTdYf vsyg u +?W4ac1 JQ;.+5
N<K 3. 在VirtualLab中的过程操作 Yg?BcY\ Yo1]HG(kXB 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。 {/(.Bpld C0K:
ffv;< 1) 评估最大模式阶数 H2oxD$s )Fp$
*]| 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: ^Zp SuB8mPn , O/IY nmax=x方向上光强极大值的数量-1 i6A9|G$H mmax=y方向上光强极大值的数量-1 C=|8C70[%N ]=%6n@z' 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 _Rb2jq(&0 ij|>hQC5i ar\K8mj
Kj "X!- >_xuXEslUz 2)设置多模高斯光源 }JWkV1 NjT*5 .
Be6+YM5Cl WF-jy7+ $=Ns7Sbup 3) 设置优化函数 3z, Ci$[ "OA{[)fw" 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)。 Qclq^|O0 _G-y{D_S& 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。 9gdK&/ulR w~'}uh
^a`3)WBv8 Ue60Mf b. 导入实际测量的远场光强分布 Cc*R3vHM6 3^nH>f-Y
#AB5}rPEI 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 7i{(,: Ef?hkq7X< VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ;x2o|#`b YvcV801Go a. 打开参数优化 $i6z)]rjg },#7
UKZ)Boo 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 tK .1
*
M2w'cdHk 图2 0ug&HEl_w c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: JKfJ%yy | "g #%d -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) fqY'Uq$= -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。 4oH ,_sr 7n.Oem
<qpzs@ 图3 T@i*
F M d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 &Jb\}c}
7(X
z%v 图4 NU?<bIQ e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ;*t#:U*
8{/.1: 图5 S4 Uu/EX6S 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: ~Ck OiWC0
|%F,n2 图6 mICEJ\`x 4.总结 +)WU:aKI [2Zy~`*y{ VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 jq*`| m;Q =#[oi3k 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。 dd<l;4( <{bxOr+ QQ:2987619807 Vc;[ 0iB
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