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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) <rNCb;  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 Q u{#4qToA  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 f3h^R20qmO  
许可证:CC-BY-SA 3.0 F.zn:yX5  
d?S7E q9`  
摘要 4gzrxV  
W&qE_r  
a2/!~X9F  
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。 WbB0{s  
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。 B/7c`V  
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。
]25 xX  
$5Jo %K%  
1. 建模任务 X H,1\J-S  
A70x+mjy^T  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? 9v=5x[fE  
lku}I4  
eKsc ["  
2. 方法 g4^=Q'j-  
A@^Y2:pY  
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: x8+W9i0[1  
MIGcV9hf  
CvS}U%   
BxVo>r  
~RgO9p(dY  
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。 wGr5V!  
5 ELKL#(  
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。 !36jtKdM  
*z&m=G\  
Ev+m+  
(pJ-_w' G  
3. 在VirtualLab中的过程操作 <?zn k8|  
c0h:Vqk-  
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。 w a7)  
.93B@u  
1) 评估最大模式阶数 d[eN#<  
6HeZ<.d&  
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: 5F&xU$$a-  
?Zu2=<DU  
JO{Rth  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 M@%$9N)gd  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 g?-HAk6  
9=D09@A%e  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 \qk+cK;+  
kB:6e7D|[  
`IN/1=]5  
Qv4g#jX{  
t|XQFb@}  
2)设置多模高斯光源 Cp{ j+Ia  
&ZmWR  
z86[_l:  
<e)5$Aj  
w=Cq v~  
3) 设置优化函数 2g?O+'JD  
:56f  
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)。 /-J12O  
zPWJ=T@N  
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。 ! 3&_#VO  
98"/]ERJ  
gN./u   
^6c=[N$aW  
b. 导入实际测量的远场光强分布 H! IL5@@K  
E6 glR  
=XbOY[  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) r92C^h0  
t.f#_C\  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 * }\}@0%  
q4Z9;^S  
a. 打开参数优化 +T\c<lJ9  
BM6 J  
BC}+yS \  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ~_|OGp_a  
^dc~hD  
图2
<Vu/6"DP  
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: q].n1w [  
+*Um:}&  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) YSQB*FBz  
-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。 KB3zQJY  
4|PNsHXt  
ah1DuTT/G  
图3
gA`x-`  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 OanHG  
YbX3_N&  
图4
7soiy A  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ?=C?3R  
Ry5/O?Q L  
图5 ` #!~+  
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: \Pv_5LAo  
Cq-d,  
图6
qJ\tc\  
4.总结 Mwm=r//  
4s{_(gy  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 X[F<sxw  
jSY&P/[ xb  
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。 O^tH43C  
lz=DP:/&  
QQ:2987619807
}PdHR00^  
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