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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) Q{:5gh  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 FQ3{~05T  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 S`\03(zDA  
许可证:CC-BY-SA 3.0 /O^aFIxk  
uZg[PS=@!X  
摘要 Q[wTV3d  
9GV1@'<Y]  
t1Zcr#b>  
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。 1GaM!OC9  
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。 Cwh*AKq(  
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。
#Ns]l<  
KkIgyLM  
1. 建模任务 TEzMFu+V  
0E<xzYo  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? fK0VFN8<I  
=^9I)JW  
J [k,S(Y  
2. 方法 '1 }ybSG  
w YEkWB^  
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: oy _DYop  
pz hPEp;  
- K@mjN  
>iKbn  
-5 Q gJ  
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。 f i_'Ny>#  
5Y3L  
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。 N,4. %|1  
sU=7)*$  
\Zgc [F  
0p31C7!  
3. 在VirtualLab中的过程操作 K!+IRA@  
}#<mK3MBe  
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。 it#,5#Y:  
4%GwCEnS  
1) 评估最大模式阶数 -Gyj]v5y`c  
u^ 3,~:E  
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: :f/T $fa*  
D^30R*gV  
7:S4 Ur  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 }<9IH%sgF  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 v] ?zG&Jh  
\,ko'4 8@  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 z|k0${iu#  
E5+-N  
TpH-_ft  
$SbgdbX  
Gpb<,v_3  
2)设置多模高斯光源 9 \lSN5W  
|nMg.t`8  
Tp[-,3L  
?s-Z3{k  
`mE>h4  
3) 设置优化函数 G(fS__z  
s$wIL//=  
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)。 NRI @M5  
^Mmsja5K  
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。 5@-[[ $dk  
iU/v; T(  
!XqU'xxC  
Zn{Y+ce7d  
b. 导入实际测量的远场光强分布 B'D\l\w  
8-u #<D.  
k E},>+W+  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 6g-Q  
Rh :|ij>B  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 !x$6wzKa  
>|1$Pv?  
a. 打开参数优化 8fSY@  
R8%%EEB  
bP)( 4+t~  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 t8ZzBD!dP  
&`%J1[dy  
图2
dI?x&#(vw  
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: L:_GpZ_  
V=de3k&p  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) w\zNn4B})A  
-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。 m|]:oT`M  
$}8@?>-w  
yBl9a-2A  
图3
Aryp!oW  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ]J^/`gc  
+ usB$=kJ  
图4
Mpx98xcO  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 p~3 (nk<+  
<;lwvO  
图5 3%(,f,  
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: =oT4!OUf  
+'0V6 \y  
图6
N#p%^GH  
4.总结 dJF3]h Y  
k!"6mo@rd  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 g%_ 3  
T$"sw7<  
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。 .x'?&7#(  
p|>m 2(|  
QQ:2987619807
O<P(UT"  
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