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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) >`<qa!9  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 =7EkN% V:{  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 z'*{V\  
许可证:CC-BY-SA 3.0 PbfgWGr  
k\RS L  
摘要 DT_%Rz~<  
wRZS+^hx  
>vXS6`;  
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。 Wiyiq )^  
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。 q. j$]?PQ  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
u4'B  
j=c< Lo`  
1. 建模任务 >*\yEH9"  
5=b6B=\*~  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? Q n.3 B  
|pBvy1e4)  
wYDdy gS  
2. 方法 |v<4=/.  
DQ&\k'"\  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: ! %B-y 9\  
N36B*9m&p  
w_DaldK*  
AmQsay#I_  
?O"zp65d(  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 221}xhn5  
9i D&y)$"  
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。 [Fv_~F491  
kh8 M=  
~qX wQ@  
*$3p3-  
3. 在VirtualLab中的过程操作 m-#]v}0A  
or bz`IQc  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 u68ic1  
t^}"8  
1) 评估最大模式阶数 *_]fe&s=%  
@H^\PH?pp  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: ,@I\'os  
vu&ny&=`  
J% ZM V  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 >U?#'e{qW  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 T!Lv%i*|Y  
:&LV^ A  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 Vt-V'`Y  
}:[MSUm5  
s>[Oe|`  
0DN&HMI#  
R]RLy#j  
2)设置多模高斯光源 bJkFCI/  
6/vMK<Fz9  
/iJsa&W}  
.y0u"@iF  
@}uo:b:Q  
3) 设置优化函数 kBY#= e).  
3>=G-AH/$K  
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+7,aE_  
L(X}37  
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。 e@& 2q{Gi=  
uax kGEXr  
O2fFh_\  
\&U"7gSL  
b. 导入实际测量的远场光强分布 |CK/-UG}  
$$*0bRfd4=  
wRq f'  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) >S S^qjh/  
l E* .9T  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 r5+ MjR  
#qJ6iA6{  
a. 打开参数优化 zy~*~;6tW  
Ye^xV,U@  
PWyFys  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 rP/W,! 7:K  
g91xUG  
图2
I;9DG8C&v*  
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: :K(+ KN(  
&yqk96z  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) Ie8SPNY-H  
-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。 =,&{ &m)  
6+C]rEY/o  
'lgS) m  
图3
Bma.Uln  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 6^FUuj.  
"L9pFz</  
图4
9Z3Vf[n5\  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 SL<EZn0F9  
H{_6e6`e.  
图5 ~c\2'  
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: [kPl7[OL  
7'@~TM  
图6
("=24R=a  
4.总结 _$oE'lat  
wqyF"^It"  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 yzXS{#\  
j3>&Su>H4  
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。 &@qB6!^  
uFOYyrESc  
QQ:2987619807
9v7}[`^  
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