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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) 8H./@~_ =  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 #j d?ocoY  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 [?RLvhU|  
许可证:CC-BY-SA 3.0 U(-9xp+  
j$T2ff6  
摘要 PtO-%I<N  
^8.R 'Yq  
>r{3t{  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 vxUJ4|Qz  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 u9:;ft{}N  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
[A|W0  
<E$P  
1. 建模任务 q\O'r[&V  
$ 8_t.~q  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? @_Aqk{3  
\9Itu(<f  
-2v|d]3qG  
2. 方法 \@pl:Os  
/ Zz2=gDY  
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: b6bmvHD  
)jR:\fe  
TnL%_!V!  
S#jH2fRo  
U'";  
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。 q]<Xx{_  
#Vv*2Mc  
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。 bsM`C]h&  
aP8Im1<A  
^>GL<1 1  
m4 E 6L  
3. 在VirtualLab中的过程操作 lADi  
)pr pG !  
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。 Y4@~NCU/  
TT .EQv5  
1) 评估最大模式阶数 ~W5 fJd0  
J2aA"BhdC"  
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: ]!YzbvoR  
[+{ ot   
bT[Q:#GL  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ;TmwIZ  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Zx}=c4I(y  
1Na CGD"  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 x9Gm)~  
eX?o 4>  
|YZ`CN<  
N g'f u|  
n9bX[+#d  
2)设置多模高斯光源 Lrq+0dI 65  
*}ay  
m\1*/6oV  
SjlkKulMF  
l-t:7`=|  
3) 设置优化函数 M*t@Q|$:  
><\mt  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 >%#J8  
J'@ I!Jc  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 bGK&W;Myk  
D-ug$ZRg  
r+m8#uR  
w/YKWv{_S  
b. 导入实际测量的远场光强分布 ]YevO(  
EHzU`('?[  
Oq+C<}eg  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) H@G7oK  
$|(roC(  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 M_9|YjwS  
ik&loM_  
a. 打开参数优化 3XL0Pm  
Aba6/  
7acAU{Rr  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 jy&p_v1  
? ~_%I  
图2
i.F[.-.  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: >^<qke  
O "{o (  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) Em4TEv  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 )x( *T  
X+&@$v1  
_;'}P2&Q  
图3
-(:BkA  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 s)]|zu0"Ku  
N66jFRA;x  
图4
v+Mt/8  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 xg3G  
ge[\%  
图5 vtL)  
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: WU=Os8gR  
[;|g2\  
图6
i&_sbQ^  
4.总结 nH[@EL  
YjHGdacs  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 .Ta$@sPh}  
jRgv 8n  
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。 |$1j;#h  
P_b00",S  
QQ:2987619807
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