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2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) o^<W3Z 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 LH>h]OTQF 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 qnf\K} 许可证:CC-BY-SA 3.0 /P/::$ p&3~n:
Fo 摘要 c/`Rv{*'o txy'7t jN2Xoh9 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。 )iCg,?SSw= 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。 @v n% 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。 +!<{80w mp17d$R- 1. 建模任务 @1)C3(=A l
?gh7m_ej 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? H^8t/h
kud2O>> G>W:3y 2. 方法 =8x-+u5}rK +)*aS+ 1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: |sV@j_TX wm/>_
1xMD
)V: Oa-~}hN {aWfD XB1 上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 S-G#+Ue2 fFd"21> VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 xwu,<M
v` j%E9@# \t]aBT,
pqxBu 3. 在VirtualLab中的过程操作 8^"P'XQ `pYL/[5 在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 b;t b&o [NguQ]B. 1) 评估最大模式阶数 )\,hc$<=m r2>y
!Q? 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: Fs1ms) }}~ t!/x p|R]/C0f nmax=x方向上光强极大值的数量-1 R,[+9U|4V mmax=y方向上光强极大值的数量-1 R86:1 ({p@Ay 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 RaY=~g g;<_GL S[oRq
/S)&d N` aFwfF^\(|, 2)设置多模高斯光源 K6z-brvw" b:(*C
qVmG"et'J %#b+ =J t&Z:G<; 3) 设置优化函数 ;/<J. vxx7aPjC 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)。 Y4n;[nHQ( 0P6< 4 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。 O{`r.H1', Bc2PF;n
E[E[Za^Y L~xzfO b. 导入实际测量的远场光强分布 L[9]Ez$2+ OQZ\/~o 5
9:jZ3U 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) FR@##i$ WXC}Ie VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 NX4}o&mDwn 6sp?'GO`~ a. 打开参数优化 "Crm\UI6 Qr
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; 'J{ylRQ 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 &`4v,l^Zi6
d ;W(Vm6 图2 HQl_/:Wx 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: /R44x\nhr $I-i=:}g -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) a7UfRG -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。 v
J.sa&\H x9!vtrM\Zr
N/fH% AtM 图3 `[5QouPV d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 >O&:[CgEF
4l*4wx""v 图4 q^hL[:ms# e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 mMEa*9P
?5L.]Isa5 图5 R83Me#& 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: o-jF?9m
=a.avOZ 图6 '
Z}/3 dp 4.总结
"cUCB U:. VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 $lMEZt8A ,@Izx 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。 Ih.6"ISK} HjAQF?;V QQ:2987619807 kWgZIkY
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