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2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) J5zu}U? 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 wV"C ,*V 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ~2}^
-, 许可证:CC-BY-SA 3.0 e
ls&_BPE -hKtd3WbT 摘要 +\66; 7]s u\@L|rh 7WN$ rl5/ 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。 i; 3qMBVY~ 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。 l`vr({A 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。 1#jvr_ ga 0@2pw2{Ru 1. 建模任务 \\,z[C \?NT,t=3J 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 1a;&&!X
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g<PdiVp+ 2. 方法 W'M\DKJ? O:(%m 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: \ /6m :Qklbd[9qF
.X(ocs$} Abf=b<bu /pDI
\] 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。 POvpaPAZ< 0!,)7 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。 QprzlxB 4C_-MJI 7&9'=G 8yc?9&/| 3. 在VirtualLab中的过程操作 7w=%aW| 1eDc:!^SD 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。 xj!_]XJ^w A4W61f 1) 评估最大模式阶数 0yxMIX Epm=&6zf 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: WtTwY8HC 7a:mZ[Vh 6\9 9WQ nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ;DKwv} mmax=y方向上光强极大值的数量-1 KCed!OJ+ <P3r}|K 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 UI:{*N**Z @.X}S"yr PaFJw5f
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* :*!u\lV \ 2)设置多模高斯光源 0ZV)Y<DJ BKm$H!u
X?.bE!3= <8At= U \6Ze H 3) 设置优化函数 8P!dk5,,O m=S[Y^tR 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)。 j#U?'g As (C8C< 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。 ]T(O;y*m 9,'5~+7
asW1GZO KF'H|)!K b. 导入实际测量的远场光强分布 C)z[Blt 1qUdj[Bj
_'H<zZo 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) _u;^w}0 _|TE )h VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 B;;D(NH vEzzdDwi6 a. 打开参数优化 B0z.s+. Ti3BlWQH
g@Ni!U"_c 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 sD{b0mZT
&"tce6& 图2 ?3}UO:B 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: +X*`}-3 N@MeaO -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) @L<[38 -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。 dBlOU.B 50DPzn
7-o=E= 图3 R\.huOJh d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Q5,@P?
~M'\9 图4 ^CK)q2K>[ e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 gs8L/veP
~o/^=:* 图5 pz&=5F 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: =` i 7?
?J~JQe42 图6 Pm1
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0 4.总结 z'qVEHc) h+74W0
$ VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 MtYP3: sd[QtK^ 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。 pt4xUu{ 8zc!g|5" QQ:2987619807 GBphab|
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