| infotek |
2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) Dmh$@Uu#F 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 kORWj< 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 r)t[QoD1 许可证:CC-BY-SA 3.0 >fC&bab M1Q&)am 摘要 5=TgOS]R !4p{b f @D9O<x 1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 Al
yJ!f"Y 2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 pf8'xdExH) 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 L~&S<5? /4r2B.91O 1. 建模任务 (>}1t!1 KGgtEh| 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? {-5)nS^_
?AFb& li*S^uSF 2. 方法 )q<VZ|V ,kJ'_mq 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: B!&5*f}* .BPd06y
K28L(4 ) oCCtjr *B&P[n 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 "(mJupI %wbdg&^ VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ]O|>nTa :-x?g2MY 0N1t.3U ranem0KQ)] 3. 在VirtualLab中的过程操作
hlVC+%8 '
#K@%P 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 "W5MZ VESvCei 1) 评估最大模式阶数 8>x5| W1)SgiXnuy 对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: H
r:*p6 URVW5c 8$-MUF, nmax=x方向上光强极大值的数量-1 x)?V{YAL mmax=y方向上光强极大值的数量-1 e, sS. ]{tWfv|Xg8 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 8g=O0Gb C6gSj1 jZIT[HM
`)O9
'568 IEm?'o: 2)设置多模高斯光源 7}xQ4M\u$ lZwjrU| _
Hl$qmq 54z`KX
73 lz=DGm
3) 设置优化函数 2@(+l*.Q /,:cbpHsu 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 pRfKlTU\ vT5GUO{5 a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 moM'RO,M y1 a%f.F`
dtuCA"D L@MCB-@V b. 导入实际测量的远场光强分布 >XZ2w_ _U*R_2aV
fPJc 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) G$zY& 1N),k5I VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ;R
>>,&g ]>)}xfL &, a. 打开参数优化 Cdl"TZ< {X,-T&
!T`g\za/ 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 em'3 8L|(
#p"F$@N 图2 OY"BaSEOw} 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: tQj=m_ ft8 -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ]@SEOc@ j -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。 xD7Y"%Pbx {(-TWh7V
~ DLxIe 图3 Iv7BIK^0 d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 bIt{kzuQC
H"+|n2E^ 图4 \sGJs8#v][ e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 |{MFo)
O0^Y1l 图5 AJ
0Bb7 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: Gyu =}
M|{KQ3q:9 图6 L%7WHtU*# 4.总结 #\~m}O, ;|rFP VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -b%' K}.C U&kdR+dB 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。 *[nS*D\: cL%eP. QQ:2987619807 -}qay@cDt
|
|