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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) fd8#Ng"1  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 6j8 <Q 2  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 P8gX CX!>U  
许可证:CC-BY-SA 3.0 TQ1WVq }*  
#G,XDW2"w  
摘要 mf|pNiQ,  
re,.@${H  
r7!J&8;{K  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 qG >DTKIU  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 f!-Sz/c#  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
azb=(l-  
qGPb  
1. 建模任务 mKg@W;0ML  
GZ0aOpUWVq  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? cc >  
JAn1{<Ky  
0v"&G<J  
2. 方法 H^CilwD158  
FyEDt@J  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: ]u&dJL  
g^o_\ hp  
o|2 87S|$  
!J.rM5K  
,p,Du F  
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。 coB6 rW  
r2G*!qK*1  
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。 |Odu4 Q  
hBCR]=']  
Ww87  
T=? bdIl  
3. 在VirtualLab中的过程操作 @&/\r 7 '  
*=^[VV!  
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。 .g-3e"@  
$k(9 U\y-  
1) 评估最大模式阶数 /;UTC)cJ  
WX*cICb5  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: 7L{li-crI  
|z7dRDU}]  
1XnBK$`  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 lgG8!Ja  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1  $o+&Y5:  
[n<.fw8$b  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 O`[]xs  
Rc7.M"wzjX  
Fi{mr*}  
$wXih#7  
zlX! xqHj  
2)设置多模高斯光源  'O1.6*K  
lIy/;hIc  
&kq7gCd  
7dhn'TW  
S^g]:Xh&  
3) 设置优化函数 (j`l5r#X#/  
'Fzuc^G(d  
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)。 }@4| 7  
'?L%F{g/9  
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。 >\-3P $  
y%g`FC   
3z$\&& BR  
= P8~n2V  
b. 导入实际测量的远场光强分布 9_` 3IJ  
3V!x?H$  
'qlxAYw<f  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) +wjlAqMQ  
1'OD3~[R  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 3\9][S-B  
r?XDvU  
a. 打开参数优化 &*c'uN w  
G32_FQ$ b  
!Ba3` B5l  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 `i{4cT8:  
V?WMj $l<  
图2
K+t];(  
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: $u- lo|  
F_~6n]Sr  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 9M19 UP&  
-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。 Bzwx0c2VY8  
(T`q++  
dR%q1Y&`  
图3
-<12~HKK::  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 KXDz'9_  
4jPwL|#  
图4
7a27^b  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 jFS 'I*1+  
$R3.yX=[\  
图5 c[6zX#{`  
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: u<J2p?`\&`  
U &f#V=Rg  
图6
.2{6h  
4.总结 T[mw}%3<v  
_;%.1H{N  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Ty(yh(oYF`  
U5 -zB)V  
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。 |^\ Hv5  
/6A:J]Q_  
j `w;z: G  
QQ:2987619807
_g^E%@'W  
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