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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) AnK~<9WQj  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 R uGG3"|  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Lb,wn{  
许可证:CC-BY-SA 3.0 `k6ZAOQtX  
=z!^O T6eb  
摘要 !$hi:3{U ,  
:2.<JUDM  
E 1`TQA  
1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模,如二极管激光器或受激准分子激光器。 #:NY9.\o  
2). 因此,首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 4l`[,BJ  
3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。
jVPX]8  
\iP5.3C  
1. 建模任务 !(HPx@_  
wJZuJ(  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? ox*>HkV  
fKW)h?.Kd  
Sh2BU3  
2. 方法 P~M[i9 V  
s o1hC  
1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: . 1+I8qj  
8'"=y}]H~  
A5T&i]  
T& 4f} g/  
!nsx!M  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 -wT!g;v;%  
?<` ;lu/eL  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Q5b9q$L$  
edo+ o{^  
HbRvU}C1  
B!  P/?  
3. 在VirtualLab中的过程操作 NBL%5!'  
.8->n aj|  
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。 JOz4O  
=I aWf  
1) 评估最大模式阶数 R@-x!*z  
S1[, al  
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: .1}1e;f-  
%!r.) Wx|2  
 wX5q=I  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 !S%0#d2  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 r1TdjnP,2^  
(g*j+i  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 T%;V_iW-  
! B92W  
bZ_TW9mq  
%E5b }E#  
K iEmvC  
2)设置多模高斯光源 wTD}c1J(  
dr(-k3ex  
19U&4Jk  
rvlvk"  
*NG\3%}%|@  
3) 设置优化函数 r6nnRN/S=  
e_|Z&  
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)。 @H<*|3J  
#N"u 0  
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。 r ^\(M {  
Jt[,V*:#  
]BUirJ,2  
, /%'""`w  
b. 导入实际测量的远场光强分布 WQ}wQ:]  
Rpv[rvK'  
:EAh%q  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) KzP{bK5/  
i!RfUod  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 uorX;yekC  
}W'4(V;:  
a. 打开参数优化 |g.CS$'#Nt  
zPc"r$'0 U  
x\U[5d   
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 - om9 Z0e  
^;'8yE/  
图2
vc&v+5Y  
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: FuBt`H  
?].MnwYo  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) |?#JCG  
-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。 J_ h.7V  
oX8EY l  
/IG{j}  
图3
,f2oO?L}  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 j<P;:  
0F@~[W|2  
图4
(jA5`4>u  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 '.1P\>x!]  
mf3,V|>[\  
图5 4`,7 tj  
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: >7PQOQMW'  
M2|!,2  
图6
D>[Sib/@  
4.总结 HWsV_VAw}  
Ga5*tWj  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 k9f|R*LM  
7;o:r$08&}  
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。 -R]0cefC<f  
A4!X{qUT-  
QQ:2987619807
P,ueLG=  
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