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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) <w.V!"!  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 Y5cUOfYT  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 *Rr,ii  
许可证:CC-BY-SA 3.0 NQ@ EZoJ  
aSXoYG0\  
摘要 WO^sm Ck  
ldanM>5  
bq<QUw=]q&  
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。 w0^(jMQe^  
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。 u%VO'}Gz  
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。
(3c,;koRR  
=@gH$Q_1  
1. 建模任务 9! gmS?f  
7 fqK{^ L  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? sB-c'`,w`  
g4RkkoZ>)  
S)@R4{=e"V  
2. 方法 bN<c5  
m$pXe<  
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: ` n@[=l~  
 L~I<y;x  
g%1!YvS3v  
A$Es(<'9g  
4h:Oo  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 }_@cqx:n^  
zd>[uIOR  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 ,'={/)c<  
( F0.lDZ  
+=$]fjE?  
gC<\1AIu  
3. 在VirtualLab中的过程操作 n_.2B$JD  
OA4NXl'  
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。 {BY`Wu:w  
q|=tt(}G  
1) 评估最大模式阶数 sZ]O&Za~  
yY[[)  
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: (@uQ>dR:  
)&se/x+  
H Y.,f_m  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 p Ic ;9  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 :NA cad  
k[A=:H1"  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 .<rL2`C[c  
im*QaO%a4  
i ,4  
= fuF]yL%  
*~prI1e(  
2)设置多模高斯光源 A6q,"BS^d  
zu*0uL  
<W|{zAyv  
*)L%pH>`  
RTHdL  
3) 设置优化函数 T>kJB.V:oQ  
!i.`m-J*  
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)。 9n |H%AC  
w_/q5]/V-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。 ZKAIG=l&!  
\>23_d0  
',*I=JW;  
`@")R-  
b. 导入实际测量的远场光强分布 1p+2*c  
czdNqk.kh  
XH1so1h  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) xfos>|0N  
O0WzDD  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 e9k}n\t3  
,yAvLY5 P  
a. 打开参数优化 M\e%GJ0  
/<zBcpVNV  
]1abz:  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 r,[vXxMy(;  
9);a0}*5  
图2
7{."Y@  
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%>   
yY`<t  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) hh <=D.u  
-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。 lJ R",_  
qJ5Y}/r  
Z^>3}\_v  
图3
]Ol@^$8}  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 n&FN?"I/]  
N''9Bt+:  
图4
Kdik7jL/J  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @~QW~{y  
,Z&"@g  
图5 M6pGf_qt  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: niqiDT/  
HQQc<7c ",  
图6
%$!}MxUM  
4.总结 kTc'k  
bYgrKz@uK  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  p&:R SO  
J --9VlC'  
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。 w<-CKM3qe  
/3'-+bp^=  
QQ:2987619807
G/N'8Q)  
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