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2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) y|X\f! 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 &7X0 ;< 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 +:d))r=n 许可证:CC-BY-SA 3.0 UmU=3et<Wj O ,[aL;v 摘要 U9xFQ=$2 <u"#Jw/VP hGF(E* 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。 EQ>bwEG 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。 %;PPu$8K9 3). 基于远场强度的测量,通过参数优化(Parameter Optimization)来计算光源的最优模式的混合。 0nz
k?iP B%9[ 1. 建模任务 [M2,bc8SJV 9=I(AYG{m 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? b,G+=&6u
nZN]Q9 >|7&hj$ 2. 方法 N2tvP+Z6D );;UNO21+ 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: n@g[VR2t ^LT9t2
j>R7OGg' wR/i+,K mcDW&jwQ 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。 YKl!M/
uW[s? 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。 Qq]UEI `Go b)w3
G%Xx 3g|O2>*? !,\9,lc 3. 在VirtualLab中的过程操作 sS(^7GARa Ok({Al1A,w 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。 !1"~tA!+p= <WBGPzVZE 1) 评估最大模式阶数 K{>O.5 +Mm0bqNN 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: P!YT{} 5'V'~Q% >o>'@)I?e6 nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ~w[zX4@ mmax=y方向上光强极大值的数量-1 >cMU<'& 6nGDoW# 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ^#^u90I ^ad>
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U`Mo a/)TJv 2)设置多模高斯光源 ?QVD)JI*k ^QW%<X
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31C8 #2HygS `&9#!T. 3) 设置优化函数 R#\8jv v "hlIGJ?_= 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:q8v) 6lWO8j^BN 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。 g\*gHHa "F[VqqD
s.GhquFCrU [Q 2t,tQx b. 导入实际测量的远场光强分布 bh7 1Zu /CA)R26G
U5H o? `< 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) o!\O) &aF_y_f\ VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 B|GJboQ 9I.v?Tap a. 打开参数优化 -ZyFUGd% h0^V!.-5
p6HZ2Q:a 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 J0=`n(48B
W>DpDrO4ml 图2 ap6Vmp 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: [#9ij3vxd "!Qhk3* -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) T:!sfhrZ~< -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。 {YGz=5 ^ -I_lCZ{Nbi
xd .I5 图3 +qz)KtJS d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 dIpt&nH&$
/e7'5#v 图4 .i=%gg e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 HRb_ZJz
H|TzD"2N 图5 .y\HQ^j 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: e:,.-Kvzp`
x#YOz7. 图6 [{ { ?e6J 4.总结 h3)KT+7. VG8rd'Z VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -y\N 9 pJv? 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。 tm|lqa n7MS{` QQ:2987619807 PCLSY8N
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