| infotek |
2021-09-16 09:12 |
真实多模激光的建模
作者:Daniel Asoubar(LightTrans) un shH < 相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 m*ISa(#(, 需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 D5$wTI 许可证:CC-BY-SA 3.0 {SwQ[$k=_ ~oI1zNz/ 摘要 L>MLi3{ 4Yxo~ m( wDcj,:h` 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。 s<*XNNE7 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。 (H)2s Y 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。 ;E@G`=0St e.]K L(' 1. 建模任务 I{
HN67O jL(qf~c_ 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线? >GQEqXs
-%2[2p Z&ZP"P4 2. 方法 .nG#co"r}3 &@%W29: 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: ~}F{vm umD!2
w
eL^.,H0 F_Z- 8>P 9U{a{~b 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。 6Pnk5ps }h 0.dgoq3u 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。 thV>j9' D<|qaHB= ;epV<{e$q4 1=#q5dZ] 3. 在VirtualLab中的过程操作 ElS 9?Q+ :{qv~&+C 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。 j]*j}%hz OC1I&",Ai| 1) 评估最大模式阶数 ;w'D4p= P |o,8V p 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: W- i&sUgy "5;;)\o~ SfgU`eF%B nmax=x方向上光强极大值的数量-1 XS`M-{f` mmax=y方向上光强极大值的数量-1 jZh';M8" v[#9+6P= 此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 ~2<7ZtV= uIcn{RZ_z qP{/[uj[K
lrnyk(M}Q. @Gx.q&H 2)设置多模高斯光源 )ap_Z6 b`)){LR
$rz=6h !6s"]WvF =:D aS`~V 3) 设置优化函数 /J04^6 dYSr4pb 在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 Sl-v W '&.# a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ,Vh.T&X5 0TN;86Mo
R&|mdY8 ^&bRX4pYo b. 导入实际测量的远场光强分布 h.-@ F }@Ge}9$h
g0>,%b 4) 进行参数优化(Parametric Optimization) 43={Xy |~'IM3Jw(Y VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 {.Z}5K .mDM[e@' a. 打开参数优化 xqC+0{]y f8M$45A'
+<xQM h8 图1 b. 选择优化变量,即四个模式 vFE;D@bz:
?_"+^R z 图2 N5]0/,I} c. 目标值(转换效率和信噪比)(conversion efficiency和SNR)应该用以下方式指定: w;k):;$ "*LD 3 -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) S/Fkw4% -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。 OR}c)|1 )\6&12rj
0{dz5gUde 图3 l5\"9 ,< d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 #<e\QE'!
6)vSG7Ise 图4 9uRFnzJVx e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 7<%<Ff@^)O
Kw8u`$Ad7 图5 Vs%|pIV 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: Ku\Y'ub
A,%C,*)Cg 图6 0PU8#2pR 4.总结 Nluv/?< ({JHZ6uZ VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 YqPQ%
)RO<o O 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。 TjHwjRa ZQ_xDKqRV QQ:2987619807 87:!C5e}
|
|