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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) |55dbL$w  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 RgZOt[!.  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 C6]OAUXy:F  
许可证:CC-BY-SA 3.0 m*Cu-6&qd  
4-^[%&>}  
摘要 "VTF}#Uo  
2+Yb 7 uI,  
E oe}l   
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 ^~1<f1(  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 vy9dAl  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
z_&P?+"Df  
U\vY/6;JI  
1. 建模任务 R5(T([w'  
cP rwW 6  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? p$XKlg&  
0BK5qz  
wk @,wOt  
2. 方法 i=#F)AD^5#  
J'Sm0  
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: 3i=Iu0  
v* ~3Z1  
fzPZ|  
d1G8*YO@  
>2lwWXA  
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。 L'E^c,-x~  
# {PmNx%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。 E!mmLVa9  
ej^3Y Nh&  
Q2QY* A  
/tj$luls5  
3. 在VirtualLab中的过程操作 Ia4)uV8  
m3 -9b"  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ?9xu{B>6  
d5!!Ut  
1) 评估最大模式阶数 ,:GN;sIXg  
`^6 ,kI-c  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: MbA\pG'T  
fY W|p<Q0  
e.vtEQV9  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 xDjV `E]  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Mvcfk$pA  
ue{xnjw>U  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 X.V[0$.;  
cUk*C  
^4pto$#@O:  
,D=fFpn  
+!yX T C  
2)设置多模高斯光源 6v732;^  
)^x K   
DBgMC"_   
r>t1 _b+nu  
KoBW}x9Jp  
3) 设置优化函数 }NCL>l;q  
EgM*d)X  
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)。 ]?LB?:6  
#wR;|pN  
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。 8e2?tmWM  
#Dy?GB08  
8P: spD0  
Z-X?JA\&  
b. 导入实际测量的远场光强分布 )!W45"l-3M  
u8L$]vOg  
*?% k#S  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) |ys0`Vb=$  
mUP.rb6  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 WO*9+\[v  
\}"m'(\c  
a. 打开参数优化 5iX! lAFJ  
WF2-$`x  
+OHGn;C  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 =xN= #  
xge7r3i  
图2
el PE%'  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: ip:LcGt  
~mp0B9L%  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) 3Ofc\  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 rofNZ;nu  
Gc,_v3\  
KY9n2u&4  
图3
8y2+&#$  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 2N [=  
Yl^mAS[w&  
图4
hZ$t$3  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ,<Kx{+ [h  
3iNkoBCg  
图5 5K%W a]W  
f. 通过显示光路图>显示优化结果(Show LPD>Show Optimized Results),优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run),得到优化好的结果: gzn^#3b  
T6BFX0$  
图6
au@a8MP  
4.总结 uE5X~  
+cu^%CXT  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |NFZ(6vNh  
9$*s8}|  
从一个真实光源测量的远场强度分布,可以计算其模式权重:通过一个参数优化(Parametric Optimization)结合衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function Detector)(Snippet 028)来实现。 {8RFK4! V@  
0y#Ih {L  
@'2m$a  
QQ:2987619807
8?FueAM'  
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