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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) <5"&]! .  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 | TG6-e_  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 2$MoKO x8$  
许可证:CC-BY-SA 3.0 &uF~t |!c  
teI?.M9r  
摘要 "iGQ1#6|d  
c&P/v#U_  
F3K<-JK+  
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。 a~J!G:(  
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。 en/h`h]h  
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。
4x}U+1B  
d#XgO5eyO  
1. 建模任务 ^eyVEN  
eEfGH  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? Sa%%3_&  
XjCx`bX^<  
>kxRsiKV  
2. 方法 <;yS&8  
$)$ r  
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: cWG%>.`5r  
SSCs96  
H2H[DVKv  
O9zMD8  
IU5T5p  
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。 D/Ok  
pdR\Ne0P*  
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。 m?4hEwQxf  
`)5WA{z  
_WvVF*Q"k  
BgD3P.;[  
3. 在VirtualLab中的过程操作 \b%c_e  
,}]v7DD  
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。 i-w$-2w  
tc/  
1) 评估最大模式阶数 W7'<Jom|?  
m< )`@6a/  
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: NJE*/_S  
Hi=</ Wy;  
7M4J{}9  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 UimofFmI%  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 GS=E6  
hSw=Oq82  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 $[Z~BfSQ  
eUZk|be  
vpf.0!zh  
m7y[Y  
A.("jb@I  
2)设置多模高斯光源 lct  
ZLxa|R7  
7 s{vou  
zG<<MR/<  
yc~<h/}#  
3) 设置优化函数 B~ i  
/{`"X_.o  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 _~;%zFX  
RZV6;=/  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 d1\nMm}v  
xx>h J!  
C0/^6Lu"o  
ZSK_Lux>  
b. 导入实际测量的远场光强分布 OqIXFX"  
{R-o8N  
u%e~a]  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) dt:$:,"   
eGq7+  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ~`QoBZ.O&  
y)&K9 I  
a. 打开参数优化 ;10YG6:  
i(;`x  
hBpa"0F  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 |xcI~ X7Q  
GnW MI1$  
图2
-grf7w^  
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: p9?kJKN  
J??AU0 vh  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) clV^Xg8D  
-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。 }' AY#g  
.>F4s_6l  
CUI+@|]%  
图3
.7^(~&5N  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 #O}}pF  
: gU5CUm  
图4
LZe)_9$  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 0?>(H(D^/  
}Cu[x'J  
图5 Xj/z),  
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: ?=M ?v;8  
A)sYde(  
图6
xt5/`C  
4.总结 1Y'4 g3T  
d6QrB"J`  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 NUltuM  
v>} +->f  
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。 4G(7V:  
1]2]l*&3  
QQ:2987619807
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