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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） h{xER IV1u  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 pz IMj_  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 q |^O  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 pNJM]-D]m~  
    YPy))>Q>cK  
    摘要 (}}8DB  
     )IhY&?jk?  
    ~&/Gx_KU  
    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。 yrs3`/  
    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。 YcV~S#b  
    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。     w;$+7  
    feW9 >f;  
    1. 建模任务 w1_Ux<RF  
     7:<Ed"rdE  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ S%fBt?-Cm  
    !v L :P2  
    (B-9M)  
    2. 方法 -*M:OF"Zh  
     vrv*k  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： pb Ie)nK  
    Sh6Cw4 R  
     fO>~V1  
    sK?-@  
    Y7)@(7G)\  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 |u;PU`^-z  
    ?|GxVOl  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Gnt!!1_8L  
     r&sOM_BUF  
    30E v"  
    ]!aa#?Fc  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 34kd|!e,  
    <,4(3 >js  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 !gHWYWu)!  
    f;H#TSJ  
    1) 评估最大模式阶数 i(iP}: 3  
    O f@#VZ  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： =Fy8rTdk6r  
    eI rmD  
    .{ a2z*o  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 @[lc0_ b  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 zf>^2t*\  
    kseJm+Hc  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3,L3C9V'  
     _JTxm>  
    vSC0D7BlG  
    bTQa'y`3  
    aC~n:0 v  
    2）设置多模高斯光源 =/JF-#n/MA  
    <!}l~Ln15  
     6eYf2sZ;J  
    k7|z$=zY  
    tb?F}MEe  
    3) 设置优化函数 EH*ym#Y  
    -N8cjr4l  
    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)。 ' q<EZ {  
    JV]u(PL  
    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。 DxKfWb5 R  
     rH&r6Xv[  
    Vx6? @R  
    8\)U|/A7  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 leES YSY:  
    Go\} A:|s  
    Bq~hV;9nf  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ,]uX:h-EM  
    12tJrS*Z  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ?#*  
    /}nrF4S  
    a. 打开参数优化 833 %H`jQc  
    LGo2^Xx  
    C^/ -lc  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ;;YcuzQI3  
    C,{F0-D  
    图2
    )pjjW"C+  
    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： 4FIV  
    1c)\  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 3'[Rvy{  
    -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。 BEXQTM3])I  
     q}<.x8\  
    &\1'1`N1  
    图3
    ~JwpNJs  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 (!ZQ  
    cQ(}^KO  
    图4
    K,eqD<  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Sc&)~h}YF  
    G&x'=dJ  
    图5 b:P\=k]8#  
    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： /[a|DUoHO  
    8W~lU~-  
    图6
    2#z=z d  
    4.总结 cVQatm  
     d?:`n 9`  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 j\2] M  
    Z0e-W:&;kF  
    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。 [O^}rUqq  
    Bj@x$v#/^  
    QQ：2987619807     p QluGIX0V  
     
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