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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) \t%rIr  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 =LojRY  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 {Nny .@P)H  
许可证:CC-BY-SA 3.0 = GZ,P (  
LVxR *O  
摘要 M%1wT9  
g+/m:(7[s|  
6%fF6  
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。 Zf8_ko;|:-  
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。  ^#&:-4/  
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。
.WT ar9e#  
{|/y/xYgy'  
1. 建模任务 GGkU$qp2~  
&bT \4  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? yDe#,|-p  
n8'#'^|  
rnS&^  
2. 方法 N9gbj%+  
)CUB7D)=  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: Eh/Z4pzT  
~)IiF.I b  
_jD\kg#LY  
I&|J +B?#  
m}o4Vr;"  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 }\/ 3B_X6N  
2mfKy9QxO  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 h!q_''*;  
,K~r':ht  
8$V:+u  
><3!J+<?  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ZBl!7_[_  
oeIza<:=R  
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。 U6yZKK  
="__*J#nze  
1) 评估最大模式阶数 "6 \_/l  
Eu1t*>ZL  
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: A4hbh$  
,RIC _26  
P QA}_o  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Gsa~zGN  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 4g^Xe-  
u5E\wRn  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 L@>$ Aw  
b_rHt s  
?$Jj^/luD  
5!*@gn  
:DoE_  
2)设置多模高斯光源 y;xY74Nq  
)H| cri~D  
wC`+^>WFo  
 y)GH=@b  
WI}cXXUKm0  
3) 设置优化函数 F0]xc  
A#KfG1K>  
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)。 6&s" "J)3  
#d;/Me  
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。 \_8.\o"@*#  
((cRe6  
L wP  
A8U\/GP  
b. 导入实际测量的远场光强分布 tv'=xDCp  
Ge+T[  
>Pf\"% *  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) wjc&S'[  
M~,N~ N1  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 Vh'H =J  
L. DD  
a. 打开参数优化 4I!g?Moh  
RAB'%CY4  
:jr`}Z%;y  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 4c9 a"v  
7-A/2/G<  
图2
Wf:LYL  
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: iph}!3f  
(Qf. S{;  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 5N(OW:M  
-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。 ,Vfjt=6]}  
O 8XHaVLg3  
H7dT6`<~Y  
图3
$(+#$F<eo+  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 9>9,   
]8/g[Ii  
图4
d3"QCl  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 w9TE E,t;5  
LDh,!5G-M  
图5 8e32NJ^k~  
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: UU*v5&  
3 nnoXc'  
图6
gfJHB3@  
4.总结 6KDm#7J  
"/nbcQ*s*E  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 YF)k0bu&;  
xO&qo8*  
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。 [,56oMd~  
l KG' KR.  
QQ:2987619807
2#oU2si   
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