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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) )L b` 4B  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 +f/ I>9G  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 mjD^iu8?  
许可证:CC-BY-SA 3.0 c(Dp`f,  
~5P9^`KNH  
摘要 z*},N$2=  
~@'wqGTp  
|m's)  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 &~_F2]oM  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 Ow;thNN  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
Qder8I  
3yx[*'e$  
1. 建模任务 l[E^nh>  
c,1  G+.  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? M(C">L]8  
"1a;);S=*)  
9`f@"%h  
2. 方法 %6Gg&Y$j!  
l#[Z$+!09  
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: J 1w[gf]J  
XUP{]w`.Z  
}d%CZnY&7  
VP1hocW  
O\<zQ2m  
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。 89M'klZ   
if&bp ,  
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。 : #a  
i]MemM-  
^Laqq%PI  
#da{3>z:  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ,V1"Typ#<  
h7Uj "qH  
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。 ~xqiasE#K  
T";evM66  
1) 评估最大模式阶数 /si<Fp)z  
B?B OAH  
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: .=eEuH  
7^i7U-A<A  
Rw'}>?k]  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 %_|KiW  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 JMB#KzvN[  
y`oj\  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。  bUcp8  
s)WA9PiC  
^iONC&r  
 T7nI/y  
[!)HWgx  
2)设置多模高斯光源 L-(bw3Yr>  
xN*k&!1&  
!yv>e7g^  
QD7KE6KP'  
K<^p~'f4P  
3) 设置优化函数 $IQPB_:  
[RXLR#  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 :6Z2@9.}w  
3t<a3"{9  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 O84:ejro  
Q\4tzb]  
{dxFd-K3  
zr!7*, p  
b. 导入实际测量的远场光强分布 8-@@QZ\N  
X$UK;O  
U,!qNi}  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ymm]+v5S.]  
 0J+WCm`  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 y#a,d||N1  
Md4Q.8  
a. 打开参数优化 lo!pslqsn  
ZbC$Fk,,I&  
|? V7E\S  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ow'G&<0b  
nFJW\B&(`  
图2
{ENd]@N*  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: 6?u`u t  
I3 "6"  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) poAJl;T  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 `<g]p-=":  
)5( jx  
no8\Oees  
图3
^ ##j {h7  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {_b2!!p  
+IS6l*_y>6  
图4
DY#195H  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 QcrhgR  
se.HA  
图5 ogIu\kiZ  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: w)ki<Dudg  
*f 7rLM*  
图6
+ZbNSN=  
4.总结 sg=G<50i  
&wlD`0v  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 :4AIYk=q  
D]_6OlIE#'  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 'Y @yW3K  
>>$L vQ  
QQ:2987619807
}>M\iPO.]*  
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