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infotek 2021-09-16 09:12

真实多模激光的建模

作者:Daniel Asoubar(LightTrans) /;7y{(o  
相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 }j2Y5  
需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 V?P,&c?84  
许可证:CC-BY-SA 3.0 VA"*6F   
Cw~RJ^a_  
摘要 :N<.?%Kf  
#l4)HV  
#'-Sh7ycW  
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。 L lw&& K  
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。 >iOzl wmG  
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。
2u"7T_"2D  
uQ=^~K:Z~  
1. 建模任务 a@@M+9Q  
>_c5r?]SG  
如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? !eAo  
L4b:F0  
kaxvP v1  
2. 方法 oT{@_U{*J  
~`GhS<D  
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: /^$UhX9v  
[F_/2+e  
9U {y1}  
hY*0aZ|(  
YXU|h  
上述数学式中 为拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式的(n,m)阶, αnm为权重因子。这里n=0,1…,nmax以及m=0,1,…mmax。 Io|X#\K  
>Jw6l0z  
VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 K*IxUz(  
!PMU O\y  
Nrah;i+H\o  
!Oj)B1gc6&  
3. 在VirtualLab中的过程操作 ( =16PYs  
3;7q`  
在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 \eGKkSy  
`:wvh(  
1) 评估最大模式阶数 X53mzs  
4J|t?]ij|E  
对于厄米(Hermite)高斯TEM𝑛m模式,最大阶数nmax,mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定: B-*E:O0y  
ZkP {[^6d\  
B_ja&) !s1  
nmax=x方向上光强极大值的数量-1 N7%TYs  
mmax=y方向上光强极大值的数量-1 R8-^RvG  
.lBgp=!  
此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 sBK <zR  
;' nL:\  
T"T;`y@(  
~gI{\iNF/  
Kzb`$CGK  
2)设置多模高斯光源 Sf/q2/r?6[  
wQ+dJ3b$  
3Wcy)y>2Ap  
cBYfXI0`  
o<l 2r  
3) 设置优化函数 &[a Tw{2  
Q<6P. PTya  
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)。 b@t5`Y-+K  
T#!lPH :&h  
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。 #.5vC5  
m ,>  
h(B,d,q"  
F?u^"}%Fc  
b. 导入实际测量的远场光强分布 2X88:  
ukuo:P<a  
~~F2Ij  
4) 进行参数优化(Parametric Optimization) JR9$. fGJ  
C;Ic  
VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 !umEyd@ "  
0_yP\m  
a. 打开参数优化 wU`!B<,j  
7S$&S;  
Ybg- "w  
图1
b. 选择优化变量,即四个模式 2.Yi( r  
g):]'  
图2
d"~(T:=r  
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: !OcENV  
.G>t72DpU  
-转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) ~VTs:h  
-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。 >qn/<??  
~^N]y b  
5V-jMB  
图3
W9J1=  
d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 pKJK9@Ad  
*(GZ^QH.  
图4
7;LO2<|1  
e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _qWC4NMF(  
V*65b(q)  
图5 o*ANi;1]&B  
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: :#="%  
FN )d1q(~  
图6
I__4I{nI  
4.总结 We`'>'W0  
q42FP q  
VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 <%bw/  
45}v^|Je\  
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。 gs`^~iD]m  
\&A+s4c")  
QQ:2987619807
@?&Wm3x9  
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