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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) w5gN8ZF3  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 eJ +;!0  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 bI TOA  
许可证:CC-BY-SA 3.0 ?aEBS  
iC?s`c0B  
摘要 1 >jG*tr  
QIQB  
D$q"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。 it=L_zu}  
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。 #x1AZwC  
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。
0){%4  
qGuz`&i  
1. 建模任务 N~{0QewMI'  
/%po@Pm#I  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? `!S5FE"-  
7{RI`Er`  
tPPnW  
2. 方法 NLyvi,svS  
>9a%"<(2#  
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: UBOCd[  
}oYR.UH  
nT` NfN  
;!, ]}2w*X  
bv;&oc:r  
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。 N?Mmv|  
L Tp5T|O  
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。 $5GvF1  
$Rv}L'L  
WLiY:X(+|  
c=I!?a"  
3. 在VirtualLab中的过程操作 :{h,0w'd  
W=5+k0Q  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 &FHE(7}/#  
n} GIf&  
1) 评估最大模式阶数 AJ2Xq*fk  
K_{x y#H  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: Fly@"W4a  
0(Y$xg  
to[EA6J8l  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 SOb17:o3|  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 $ 1H?k  
-le:0NUwI  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ^8.R 'Yq  
>r{3t{  
mvVVPf9  
9r+`j  
\-GV8A2:k  
2)设置多模高斯光源 [A|W0  
-kES]P?2  
Id]WKL:  
f<xF+wE  
j_&/^-;e  
3) 设置优化函数 kOVx]=  
d`StBXG!  
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)。  ^wb -s  
00U8<~u  
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。 qz E/n   
Mki(,Y|1~  
vMzR3@4e  
fB1JU1  
b. 导入实际测量的远场光强分布 1(w0* `  
dmP*2  
[H0jDbN  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) u~LisZ&tP  
Br]VCp   
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 H b]    
b$PNZC8f  
a. 打开参数优化 _ H$ Cm  
RduA0@g0  
+SPC@E_v  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 %!(6vm>8  
m%ET!+  
图2
>+u5%5-wr  
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: Bf1GHn Xv  
1uB}Oe 2~  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) =_%:9FnQ0  
-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。 KPW: r#d  
rcxV ,<[B  
*Ei~2O}  
图3
PwF}yx kI  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 '  AeU  
l:+tl/  
图4
Fj1/B0acS  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 VxjHB?)  
@=Ly#HuUM  
图5 En5Bsz !  
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: L2{tof  
rRT9)wDa  
图6
S31 :}   
4.总结 'G-VhvM v  
)KXLL;]  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Pl1:d{"d  
D-ug$ZRg  
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。 rxP^L(q0*  
w/YKWv{_S  
QQ:2987619807
]YevO(  
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