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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) >~\CiV4^  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 P>ZIP* Gr  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 _E xd:  
许可证:CC-BY-SA 3.0 ]D|Hq4ug  
$(;0;!t.  
摘要 Y!AQ7F  
\rmge4`4  
>w|2 ~oK  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 xu* dPG)v  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 )[5.*g@  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
F6-U{+KU$!  
[HQ Bx`3TS  
1. 建模任务 sQ%gf  
}G 1hB#j  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? iPt{v5}]  
(c9!:  
Z+C&?K  
2. 方法 LArfX,x3i  
@8V~&yqq  
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: p`3$NCJN  
\FjY;rqfKe  
FY<77i  
uzWz+atH  
!!UQ,yU  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 C/A~r  
[7gwJiK  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Ss#UX_DT_  
T>pz?e^5&  
3dC ;B@  
Q)}z$h55  
3. 在VirtualLab中的过程操作 /&G )IY]g  
6O'6,%#  
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。 2V=bE-  
R%^AW2   
1) 评估最大模式阶数 ob"yz}  
pt- 1>Ui  
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: nN!R!tJPa  
- WK  
{-)*.l=  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 -K%~2M<  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 6T{SRN{  
^ ]CQd   
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 UJ6zgsD1b?  
5mB'\xGO2  
\P7y&`|  
+~1~f'4J  
?<-ins  
2)设置多模高斯光源 +K03yphZr  
:Y2J7p[+  
T&~7*j(|e  
}?XNA.Wz  
Ld3!2g2y7&  
3) 设置优化函数 OFcqouGE  
088"7 s  
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)。 ##clReS  
Gmp`3  
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。 6b9 &V`  
YN 31Lo  
Z@b GLS  
N"rZK/@}  
b. 导入实际测量的远场光强分布 >@c~M  
3WQ"3^G  
a #4 'X*  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) ZP^7`q)6  
2OQDG7#Kc  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 F(#~.i  
6%RN-  
a. 打开参数优化 Y;6%pm$  
#Bgq]6G2  
u}~%9Pi  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 T&PLvyBL  
('VHL!  
图2
!wZ  9P  
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#G]5T Z  
-!b@\=  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) A T'P=)F@  
-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。 +Jv*u8T'  
'4}c1F1T_  
0[T>UEI?  
图3
jJDY l([  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 lTn~VsoRZ  
T^~9'KDd  
图4
{#'M3z=  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 a4L0Itrp  
C #A\Rfi  
图5 XU19+mW=P  
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: --9Z  
8${Yu  
图6
%"> Oy&3  
4.总结 _cW6H B^j  
Cq-#| +zr  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 [M{EO)  
?dcR!-3  
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。 `bF] O"  
>&3ATH;&(  
QQ:2987619807
k;9"L90  
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