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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) Ow)R|/e /  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 LwQH6 !;[  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 2*Q3.2 Z  
许可证:CC-BY-SA 3.0 ?bI?GvSh  
mp:m`sh*i  
摘要 .CS v|:'1  
q~O>a0f0  
v20~^gKo=m  
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。 LM6]kll  
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。 p:tN642  
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。
iaRR5D-  
M5O'=\+,F  
1. 建模任务 |^ iA6)Q  
L$hc,  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? h[Mdr  
s.rT]  
.eY`Ri<3t  
2. 方法 N9`97;.X  
@|=UrKAN  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: ?0z)EPQ|  
(Fqa][0  
"teyi"U+  
!g2a|g   
HfZtL  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 Abf1"#YImy  
h>W@U9  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 2-s7cXs  
>a@>N  
m^A]+G#/  
!tBeuemN%  
3. 在VirtualLab中的过程操作 &k+*3.X  
74]a/'4  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 t'aSF{%  
]QS](BbD:  
1) 评估最大模式阶数 ?K<Z kYw?  
ETm]o  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: :H\&2/j  
yQwVQUW8B  
g}r^Xzd;  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 G/(*foT8SE  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 u-39r^`5  
ppFYc\&=  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 .[,6JU%  
@'gl~J7  
=qX*]  
ymkR!  
Pw  xIz  
2)设置多模高斯光源 zAI|Jv @  
L$}g3{  
0I^Eo|  
tN}c0'H  
_>i|s|aW  
3) 设置优化函数 JCcQd 01z  
|z+9km7,  
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)。 xE1rxPuq)d  
]>vf9]  
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。 <`+zvUx^?  
J[r^T&o  
n.Vtc-yZU  
a[i>;0  
b. 导入实际测量的远场光强分布 SUc6/'Rdr  
P}l#VJWp  
`#U ]iwW!  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) "uhV|Lk*7  
*:j-zrwu&  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 M5 `m.n<  
H|K("AVP:  
a. 打开参数优化 ;Z4o{(/zU  
yLB~P7K  
8T7f[?  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 zLK\I~rU!  
`VXZ khm  
图2
Z8fJ{uOIL  
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: :o l6%Z's  
iN`6xkY  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) e{JVXc[D  
-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。 X(b1/lzA  
]4GZ'&m}  
S\b K+  
图3
wibwyzo  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 4(8<w cL  
gWi{\x8dt  
图4
/yp/9r@T0  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 /sV?JV[t  
dr{1CP  
图5 y<v|X2  
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: (JU_8j!  
/4-}k  
图6
AI~9m-,mE  
4.总结 Ysl9f1>%  
!3 ?yG  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 *:[b'D!A  
cafsMgrA  
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。 mZE8.`  
/:KQAM0  
QQ:2987619807
S?2YJ l8B  
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