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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) vn96o] n  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 6^nxw>-   
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 SvD:UG  
许可证:CC-BY-SA 3.0 <9?`zo$y  
5VlF\-  
摘要 jiLt *>I  
rE.z.r"O  
5U(ry6fI=  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 T- lHlm  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 \J{ %xW>  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
Bj\oo+L/  
h/#s\>)T  
1. 建模任务 ':T6m=yv  
+*$@ K'VL  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? {`[u XH?3d  
&$_#{?dPt  
|_wbxdq  
2. 方法 AW`+lE'?  
x% Eu.jj  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: mRY~)< !4&  
K]Q1VfeL=  
8x<; AL|`  
<ApzcyC  
)Ft>X9$  
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。 V?Ye^ -29  
VW\~OH  
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。 /;r k-I  
 =u Ieur  
}G[Qm2k  
Kj*:G!r0.:  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Twr<MXa  
P 4jg]g  
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。 /'>#1J|TlK  
z8n]6FDiE  
1) 评估最大模式阶数 ,W~a%8*  
o_ SR  
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: (]p,Z <f  
!l1ycQM  
F /% 5 r{  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +;wu_CQu  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 -OV!56&  
6/eh~ME=  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 >2?O-WXe  
)]C7+{ImC  
^H UNq[sQ  
xk8P4`;d$  
9DP6g<>B  
2)设置多模高斯光源 O U3KB  
HX:rVHY  
9hIcnPu  
#97w6,P+  
y9L:2f\  
3) 设置优化函数 rZv5>aEI  
:If1zB)  
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)。 X"qC&oZmf  
%rZJ#p[e)=  
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。 /`V:;  
4RV5:&ALLS  
' |>  
7 -hSso.'  
b. 导入实际测量的远场光强分布 -hIDL'5u-I  
bl;C=n  
%}asw/WiUa  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) LE:nmo  
L0H kmaH  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 A!Ls<D.  
HO(9 )sK  
a. 打开参数优化 OJ:iQ  
(PmaVwF  
`:XrpD  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式  #{8n<sE  
n-7|{1U  
图2
`_{^&W WS  
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: w1+xlM,,9  
sKT GZA  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) vUXas*s4  
-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。 tOK lCc  
L-lDvc?5c  
yF}l.>7D  
图3
P+Ta|-  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ^Fr82rJs  
dfBTx6/F  
图4
]#N~r&hmQ  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 pZ,P_?  
l`s_ #3  
图5 \y9( b  
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)qedy*&  
}.x&}FqXE  
图6
[C]u!\(IF  
4.总结 &?=UP4[oif  
b[3K:ot+  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 jMvWS71  
b=!G3wVw<  
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。 _T 5ZL  
}l/ !thzC  
0# D4;v  
QQ:2987619807
tU02t#8  
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