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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) X#e1KZ  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 D)d~3`=#  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 B4mR9HMh  
许可证:CC-BY-SA 3.0 (t4&,W_spA  
Q_Gi]M9  
摘要 ph-ATJ"  
ETXZ?\<a5  
3l#IPRn9AO  
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。 iURk=*Z=  
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。 IzpZwx^3''  
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。
8f3vjK'  
YxP@!U9dE,  
1. 建模任务 sUU{fNC6|  
\xS&v7b  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? GPGm]Gt  
.;*s`t  
aG 92ay  
2. 方法 6#QK%[1!>  
9t#S= DP  
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: !OuWPH. :  
r9ww.PpNk#  
=-}[ ^u1  
nVI! @qW  
a! u rew#  
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。 $.[#0lCI  
)}_a 0bt  
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。 WuZ/C_  
>G~R,{6U  
@!8ZPiW<  
`2PLWo  
3. 在VirtualLab中的过程操作 x4/M}%h!;B  
:G<E^<M\)^  
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。 `8Lo{P  
-P]sRl3O;  
1) 评估最大模式阶数 ]| +<P-  
$O*O/ iG  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: I*`*Q$  
Uv4`6>Ix  
{U_$&f9s  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ~fo6*g:f1  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 X 51Yfr  
($~RoQ=0S  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 H8'Z#"h  
@-&s: Qli  
{je-I9%OK  
<bD>m[8,  
`Ps:d^8*P  
2)设置多模高斯光源 "&%#!2  
VV9_`myN7  
wWp(yvz  
XZ5 /=z  
wX*K]VMn  
3) 设置优化函数 +tD[9b! m  
}@^4,FKJ  
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)。 %bdjBa}  
3dDX8M?  
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。 %:2+ o'  
>N.]|\V  
>(snII  
r]0 lo-  
b. 导入实际测量的远场光强分布 S*sT] J`!  
l#}.^71+  
?PyG/W  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) Tr#V*.x  
KW7UUXL  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ]7Z{ 8)T  
"hy.GWF|*  
a. 打开参数优化 1\r|g2Z :  
%/rMg"f:  
{b@KYR9K  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 {N#KkYH{"  
-<_Ww\%8M  
图2
IO/4.m-aN#  
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: Wy%s1iu  
y7|P-3[ 4w  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) }E7:ihy  
-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。 a:_I  
ts8+V<g  
CV{r5Sye  
图3
>pr=|$zk=  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 yu;SH[{Wi  
LE%7DW(  
图4
7^Yk`Z?|a  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 H&yD*@  
~I(Hc.Q  
图5 mB0l "# F  
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: ZoB {x*IH  
UG<79"\i  
图6
_A~4NW{U7  
4.总结 X@|&c]]  
bTSL<"(]N  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 e hA;i.n  
u1c%T@w>Lz  
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。 sk|=% }y  
/N-_FMl?  
QQ:2987619807
o5n^!gi4  
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