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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) *o-.6OxZ$  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 tS|9fBdCs  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 F&])P- !3  
许可证:CC-BY-SA 3.0 .udv"?!z  
Q s.pGi0W  
摘要 :}r.  
J\J?yo 6  
".SJ~`S  
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。 <F'X<Bau  
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。 G+F#n6Vx  
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。
iZPCNS"  
Q9U f.Lh2  
1. 建模任务 p`nPhk,:b  
!1n8vzs"c  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? :gerQz4R8  
?s\ OUr  
?6(I V]  
2. 方法 \=+b}mKV m  
53c0 E  
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: 3l[Mc Z  
{n/uh0>f*  
8i|w(5m;  
v$(lZa1  
I&MY{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。 WX}xmtLs  
Q?8R[i  
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#h-  
S{FROC~1R  
`(v='$6}  
t| 9 GS|  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ^zEwA  
L f"i !  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 2H/Z_+\  
Ct2j ZqCDo  
1) 评估最大模式阶数 s7g(3<(  
6el;Erp  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: [cTe54n  
?+g`HTY u  
9R;/*$  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *<E]E?  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 6'kS_Zu{<  
56e r`=ms  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ?."&MZ  
6(]tYcC  
G2]4n T  
tp6M=MC%  
#VB')^d<U  
2)设置多模高斯光源 Ma'_e=+A  
V$"ujRp  
lc2i`MC  
"Fy7K#n  
2<`.#zIds  
3) 设置优化函数 MZTx:EN!  
JC}f-%H?K  
在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 is1's[  
!/^-;o7  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 %V1Z~HC  
 ] GHt"  
UOGuqV-  
{/X4(;~0  
b. 导入实际测量的远场光强分布 i `s|,"0o  
"S&@F/  
~6pr0uyO`  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) f'<Q.Vh<  
v1|Bf8  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 ,h{A^[yl  
N0K){  
a. 打开参数优化 v~T7`  
`%E8-]{uS  
 QV h4  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 -pU|hSW*b  
!IC-)C,q  
图2
}<>~sy  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: {^ m(,K_  
/erN;Oo%<  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) "F3]X)}  
-信噪比(SNR)<测量信噪比(SNRMeasurement)(下限)。在这里测量信噪比(SNRMeasurement)是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 c9\2YKo  
OdQT2PA_  
E]J:~H'Er  
图3
^A][)*SZ  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 rUlS'L;$"  
ui "3ak+F  
图4
zP:cE  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 B aO1/zk  
Zes+/.sA}]  
图5 v}sY|p"  
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: jYVE8Y)my  
F$Ca;cP"  
图6
2[B4f7  
4.总结 F,GN[f-  
E"%2)  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 {/ LZcz[  
j}F-Xs+  
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。 ewuXpv%vwW  
R*zO dxY  
`^(jm  
QQ:2987619807
QN>7~=`  
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