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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) Lx+`<<_dJ  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 $p6N|p  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 q.oLmX  
许可证:CC-BY-SA 3.0 n9}RW;N+u  
obGWxI%a  
摘要 k ojG- M  
E$S`6+x`:a  
j@P5(3r  
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。 nxRwWj57  
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。 };SV!'9s?~  
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。
 5H.Db  
9)ea.Gu  
1. 建模任务 b(T@~P/  
?y_awoBd1  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? WN0c %kz=  
V*qY"[   
yh!B!v'  
2. 方法 &va*IR  
;X7i/D Q  
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: =~,l4g\  
BED@?:U#h  
nLd~2qBuv  
0zV 4`y  
S:Xs '0K_  
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。 iwo$\  
M:|/ijp N  
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。 )F E8D  
kIM C~Z  
`vEqj v  
Hja^edLj  
3. 在VirtualLab中的过程操作  coAW9=o}  
~,Mr0  
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。 5G oK"F0i  
EE9vk*[@C  
1) 评估最大模式阶数 "aA_(Ydzj  
||fvKyKW>  
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: Y eO-gY [b  
$kv[iI @  
z5ZKks   
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 %^U"Spv;  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 _/ Tlqzp  
4@/z  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 9 P~d:'Ib  
z+Z%H#9e  
Z fqQ {_  
c.-cpFk^L&  
oB}K[3uB:t  
2)设置多模高斯光源 iP,v=pS6  
4JSZ0:O  
S|) J{~QH  
)O -cw7 >  
|Z!@'YB  
3) 设置优化函数 \Nyr=<c  
R9q0,yQW  
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)。 %A=|'6)k2  
:r-.r"[m-  
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。 -O /T?H  
bkkSIl+Q  
pd7O`.3  
>*{:l,LH  
b. 导入实际测量的远场光强分布 HoV{Uzm  
]*a@*0=  
IuDT=A  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) )*Vj3Jx  
_ Q{T';  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 $)l2G;&  
|[DV\23{G  
a. 打开参数优化 pOX$4$VR<  
{9Db9K^  
|;~nI'0O])  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 _Ws#UL+Nq  
*b:u * `@  
图2
7^&lbzVbm(  
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: S;>4i!Mb ^  
cNx \&vpd  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ,}n=Z  
-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。 e"lD`*U8R  
L%k67>  
8V,"Id][  
图3
5d%_Wb'  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 r)c+".0d^  
#gF2(iK6  
图4
IL2e6b  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 j6RJC  
8NxUx+]  
图5 2 ae w6~  
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: kHGeCJe\{  
^4RO  
图6
=obt"K%n  
4.总结 5 d>nIKW  
=A$Lgk>|  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 @>+^W&  
%N7gT*B:  
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。 >).@Nb;e  
ZUv ZN f  
QQ:2987619807
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