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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) eQIi}\`  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 0A 4|  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 |MrH@v7S  
许可证:CC-BY-SA 3.0 uM<+2S  
07Cuoqt2  
摘要 _1%^ ibn  
#_|^C(]!  
;mxT >|z  
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。 a~EEow;A  
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。 ?0&>?-?  
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。
df rr.i  
gbZX'D  
1. 建模任务 vt=S0X^$yc  
:6iq{XV^  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线?  #7"5Y_0-  
Bq8<FZr#!  
iW$i%`>  
2. 方法 9'aR-tFun;  
1vd+p!n  
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: TrA Uu`?#  
MT gEq  
u[qtuM?&  
.}>[ Kr  
]qRz!D%@^  
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。 U]3JCZ{]0E  
J>v>6OC6i  
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。 Q :|E  
rvO+=Tk  
3=I Q  
Q+N @j]'  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Ms3/P|{"p  
qeGOSGc_  
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。 9V!K. _Cb  
{ ,srj['RS  
1) 评估最大模式阶数 j. cH,Y  
5G[^ah<Tg  
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: GMI >$$<  
|u=57II#xK  
-fn~y1  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 $5O&[/L  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1  Jt][b  
AU2Nmf?]%  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 0\A[a4crj  
)63w&  
lPP7w`[PA  
v\u+=}r l  
i ib-\j4d  
2)设置多模高斯光源 g5`YUr+3?h  
0' t)fnI#  
s3S73fNOk  
ymu#u   
>ZWm0nTr  
3) 设置优化函数 wvY$ s;  
7IR n  
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)。 e9nuQ\=  
dXQWT@$y!E  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ?:c hAN@  
14O/R3+  
:a2?K5  
-#h \8Xl  
b. 导入实际测量的远场光强分布 Pc-HQU  
NO)* UZ  
i[swOY z]X  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ,;;~dfHm  
yuWrU<Kw  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 Zf! 7pM  
na>B{6  
a. 打开参数优化 A2 r RYzN;  
/V~(!S>  
z> SCv;Q  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 <KCgtO  
dx#N)?  
图2
L'(^[vR(  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: a+d|9y/k  
'=5N?)  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) Q{l;8MCL  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 `1dr$U  
*niQ*A  
l"64w>,  
图3
sz5@=  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 V=U%P[S  
IdM ;N  
图4
#&^+hx|  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 5 m:nh<)#  
`|4{|X*U.  
图5 Hmz[pTQ|87  
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: /V^S)5r  
H!N,PI?rn  
图6
gDH x+"?  
4.总结 4)?c[aC4P  
"o`( kYSF  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 QJ QQ-  
ZD*>i=S  
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。 Jx_4:G  
9Rpj&0Is  
QQ:2987619807
=1D*K%  
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