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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) X;a{JjN  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 wjGjVTtHs  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 u$ / ]59  
许可证:CC-BY-SA 3.0 vCe<-k  
&@Gu~)^(  
摘要 Pj5#G0i%  
qc4 "0Ap'  
$}c@S0%P"  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 \36;csu  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 [";5s&)q  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
'|R@k_nx  
z7}zf@Y-qv  
1. 建模任务 8q LgB  
u! FSXX<  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? ?cxK~Y\  
;Z~.54Pf{d  
0mi[|~x=  
2. 方法 zi&d  
;GE u.PdxB  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: e9~4wt  
]|BSX-V.%i  
%>U*A  
NKh {iSLm  
g>-[-z$E3  
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。 `ha:Gf  
swgBPJ"?  
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。 )GKgK;=~  
n^)9QQ  
Z|GkM5QH:  
qiryC7.E  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ,(=]6V  
ymCIk /\  
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。 25[/'7_"  
Bx!` UdRn  
1) 评估最大模式阶数 ~,1q :Kue  
m =F@CA~C  
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: *c c+Fd  
|;-r};  
3 pH` ]m2  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <~*Ol+/  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 j]D =\  
ck+rOGv7{Z  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 5hK\YTU  
lM%fgyX  
291|KG  
.u?$h0u5  
GP'Y!cl  
2)设置多模高斯光源 5z>\'a1U  
B9-[wg#0G  
04d$_1:}a  
w8ld* z  
-y.AJ~T  
3) 设置优化函数 _?c.3+;s  
,e_#   
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)。 !c($C   
p00AcUTq  
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。 -Lb^O/  
EQ $9IaY.  
VrxH6Y  
y]9U FL"  
b. 导入实际测量的远场光强分布 mIo7 K5z{  
l$9,  
A$6b=2hc>  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) LTct0Gh  
[ 1GEe  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 `%p6i| _Q  
@E;pT3; )  
a. 打开参数优化 #B9[U} 8  
! fc)  
r ngw6?`n-  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 sdD[`#  
qQvb;jO  
图2
RY< b]|  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: D.`\ ^a  
e8bJ]  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 3>Snd9Q  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 >6+K"J-@  
-5.%{Go$[  
=rF8[Q0K  
图3
I|z#Aoc  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 q:^Cw8  
Y_sVe  
图4
1}*;  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 {Z.@-Tl_  
Am4(WXVQ  
图5 1bkUT_  
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: )7J>:9h  
$uhDBmb  
图6
W|U1AXU7/  
4.总结 id'# s  
)xy6R]_b  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 qw1J{xoHW  
2s%M,Nb  
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。 & jvG]>CS'  
\ 6 a  
QQ:2987619807
IOl"Xgn5  
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