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infotek 2020-12-22 09:45

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) !Z 0U_*&  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 (> _Lb  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 jD%|@ux  
许可证:CC-BY-SA 3.0 H^54o$5  
G0~Z|P  
摘要 ^b|I^TN0  
5423Ky<  
,k=8|=aF  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 4HR36=E6  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 {}rnn$HQe  
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。
dpK -  
ecQ{ePoU  
1. 建模任务 5 ba e-  
\#WWJh"W  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? em5~4;&'  
Dy>6L79G  
a DXaQ  
2. 方法 ^< ;C IXo  
<:NahxIlu  
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: j"hEs(t  
Aj=GekX{  
NL>Trv5  
FRajo~H  
;']u}Nh  
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。 lM}-'8tt?  
s^SU6P/ ]  
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。 {I0U 4]  
F'sX ^/;  
F_9 4k  
3;VH'hh_  
3. 在VirtualLab中的过程操作 vz>9jw:Y  
<\fA}b  
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。 5S2 j5M00  
JN4gH4ez)  
1) 评估最大模式阶数 JqZt1um  
T/2k2r4PD  
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: f6yj\qq]  
&P>& T  
7s3=Fa:9Q  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ^<-)rzTI  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Ez"*',(  
/]'&cD 1  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 LU+SuVm  
ZS wuEX  
q g=`=]j  
oA@M =  
TfT^.p*  
2)设置多模高斯光源 /RMtCa~  
i{TPf1OY`M  
M2p|&Z%  
ib#rT{e  
H#D:'B j29  
3) 设置优化函数 iE HWD.u  
nDO7  
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)。 >l><d!hw  
C?>d$G8  
a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 d'ZB{'[8p  
A[^#8evaK  
L.yM"  
H"(#Tp ZTE  
b. 导入实际测量的远场光强分布 >r7PK45.K  
v%AepK&  
bf+C=A)s0  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) m"/..&'GC  
:wXiz`VH  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 LKp;sV  
#n{4f1TZ  
a. 打开参数优化 Anu:  
6vAZLNG3  
m//aAxmB  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 ui,!_O .c  
Uq_lT,  
图2
u&uFXOc'  
c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: ;$zvm`|:  
L(K 5f7\  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) j0~am,yZ  
-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。 %L- qAI&V  
 R*2N\2  
TP {\V>*Yz  
图3
mj e9i  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 aaCRZKr  
#}B1W&\sw  
图4
IB| 6\uKn  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 X,aRL6>r  
b way+lh  
图5 No6-i{HZ  
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: P?f${ t+  
SyI~iW#Y1  
图6
035jU'  
4.总结 $;G<!]& s  
TMY. z  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 yc?L OW0  
N,rd= m+  
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。 tmq?h%O>  
$%\6"P/64  
(|Gwg\r  
QQ:2987619807
u9KT_` )  
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