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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) J6jwBo2m  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 tbO H#|  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ci+tdMA  
许可证:CC-BY-SA 3.0 C4NTh}6t T  
/>j';6vi  
摘要 Ks\ NE=;5  
~g7l8H67  
f}D1|\7  
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。 hTbI -u7BF  
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。 !u]1 dxa  
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。
nQ GQWg`  
sm$ (Y.N  
1. 建模任务 L_w+y  
`|Or{ih  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? vp(;W,ba:|  
HD N9.5 S  
_uJ"m8Tl  
2. 方法 ,<:!NF9  
iS?42CV  
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: >s`J5I!  
yObuWDA9  
t5[[JD1V  
jP~Z`y f  
`CeJWL5{  
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。 _f6HAGDN  
b$eXFi/  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 4H+Ked&Oq  
(|d34DOJ  
zB? V_aT  
V#jWege  
3. 在VirtualLab中的过程操作 [ 4;Ii  
)(7&X45,k  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 \a+(=s(;  
a {ab*tM  
1) 评估最大模式阶数 +1~Z#^{&  
fBQ?|~:n  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: ^'jEnN(  
iKas/8   
f7I{WfZ\P  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 W(hMft%  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 (5Sivw*mP  
R1Ye<R!Q  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 xm6EKp:  
&P,^.'  
.Gcy> Av  
S!{t6'8K  
_sy'.Fo  
2)设置多模高斯光源 ,/O[=9l36R  
E\u#t$  
VxzkQ}o  
z_ =Bt  
{s3z"OV  
3) 设置优化函数 i55x`>]&sb  
v=95_l  
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)。 p N\Vr8tJ  
qOaQxRYm%Y  
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。 DKVT(#@T  
t!K*pM  
OTZ_c1"K  
`m.eM  
b. 导入实际测量的远场光强分布 k0Ek:MjJr  
B-d(@7,1  
z>R#H/h+  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 3gQPKBpc  
^2 ]LV6I  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 { BEo &  
,i.%nZw\  
a. 打开参数优化 B cj/y4"  
dO7;}>F$n  
IHC1G1KW=A  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 1b9hE9a{j  
YwcPX`eg  
图2
U1_&gy @y  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: T#Z%y!6  
3/JyUh?  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) Iak0 [6Ey  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 gK|R =J  
-=698h*  
D5?phyC[Z  
图3
~Ki`Ze"x  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 j8 C8X$  
(cv!Y=]  
图4
yg]2erR  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 s=Q(C[%I  
E2B>b[  
图5 8dK0o>|}  
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: R.s|j=  
5.tvB  
图6
<Q<+4Y{R  
4.总结 Ri>?KrQF%  
+\#Fd  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Lv1{k\aw  
Eaad,VBtU  
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。 ngi<v6i  
}%{MPqg  
QQ:2987619807
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