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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) @ z{E  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 OjUZ-_J  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 +-VkRr#  
许可证:CC-BY-SA 3.0 T"NDL[*  
)Hp{8c  
摘要 "i}?jf {a  
O7MFKAaD  
SR4cR)Iz  
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。 7LQLeQvB  
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。 ?/SIA9VK  
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。
%s^2m"ca}=  
BaLvlB  
1. 建模任务 \R6D'Yt  
cr&sI=i  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? ["N)=d|LS  
[|XMR=\>  
7AE)P[  
2. 方法 ";&5@H|  
aMxg6\8  
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: Y\Z.E ;  
4FWb5b!A=  
/O@dqEbc  
jlf.~ vt  
tqnvC UIE  
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。 bpQ5B'9  
`<0{U]m  
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。 x}8 U\  
#LGAvFA*_F  
e~NEyS~3  
O,&nCxB]  
3. 在VirtualLab中的过程操作 2=&4@c|cn  
AB!P(  
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。 l;N?*2zm[  
4H<@da}  
1) 评估最大模式阶数 "M)kV5v%  
i #uc  
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: Y5 BWg  
8BL ]]gT-I  
 8>}k5Qu  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *?'^R c  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 PD- <D~7  
^1#"FU2cP  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 u9TiEEof3  
~HW}Wik  
D8`dEB2|S  
oVG/[e|c'  
0gR!W3dh  
2)设置多模高斯光源 XZ8#8Di8  
D4@'C4kL  
!)Y T_ib  
+A 4};]W|  
(}]ae*  
3) 设置优化函数 [VD)DO5  
[>rX/a%c  
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)。 [&tN(K9*  
z'FpP  
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。 i]>)'i  
sPu@t&$  
bJ~@ k,'  
SuO@LroxTB  
b. 导入实际测量的远场光强分布 H=_ Wio  
0Gq}x;8H&  
1>KZ1Kf  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) )IFzal}o  
NZP>aV-  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 }i)^?@  
qs["&\@  
a. 打开参数优化 9r5<A!1#L  
#@i1jZ  
lY.{v]i }  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ySS kw7  
/2<1/[#  
图2
c{qoASc?  
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: Xy0KZ !  
Y &G]M  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) Hn- k*Y/P  
-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。 -naj.omG|  
\Y>!vh X  
yV'<l .N  
图3
w 2o% {n\L  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 l6[0i  
|uT &M`7\{  
图4
{J?#KHF'|  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Q>G lA  
B9Ha6kj  
图5 Zi!6dl ev  
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: +Kw&XRA d  
T%opkyP>=  
图6
YgeU>I|v  
4.总结 l'K3)yQEJ  
53i7:1[uV  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 N ?RJuDW  
.y)Y20=o!  
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。 "#3p=}]  
>z,SN  
QQ:2987619807
TB8a#bK4  
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