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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） >m44U 9   
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 !@W1d|{lu  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱  #RbPNVs  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 B9>3xxp(by  
    =HQH;c"  
    摘要 >|XQfavE  
     ]Tx8ImD#)A  
    HZkC3$  
    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。 =5[}&W  
    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。 )l\BZndf  
    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。     l`[*b_ Xt  
    ~{=+dQ  
    1. 建模任务 6f\0YU<C&  
     UyEyk$6SU  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ " <m)Fh;  
    h<$Vry}  
    (`<l" @:_*  
    2. 方法 %a{cJ6P  
     : \:jIP  
    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： t(\d;ybyx  
    Q/1 6D  
     HulN84  
    =zK7`5  
    D ( <_1  
    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/h Ff3  
    T,TKt%  
    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。 \T/~" w  
     4IG'T m  
    y9=/kFPRm  
    B&0-~o3WP  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 uV#/Lgw{M  
    ]O,!B''8k  
    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。 T]Vh]|_s  
    15)=>=1mR.  
    1) 评估最大模式阶数 CD +,&id  
    ]RML;]^  
    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： .o]vjNrd/  
    lw\OsB$  
    Hd U1gV>  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 eg3zp gZ  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 WW:@%cQ@  
    q-KN{y/  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 C8m8ys  
     W&;X+XA_W  
    j\P47q'v#  
    &s_[~g<  
    `|8)A)ZVT  
    2）设置多模高斯光源 NFDi2L>Ba  
    b* no.eB  
     $"!"=v%B  
    %t([  
    zb OEF  
    3) 设置优化函数 +w?RW^:Q=  
    &y;('w  
    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)。 R Q X  
    |dsd5Vdr  
    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。 +#"CgZ]  
     5 UpN/\He  
    HC@E&t  
    u%Bk"noCa  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 qSlC@@.>  
    I: P/ ?-  
    <Qe30_<K  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） .RxH-]xk  
    ,P3nZ  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ]E .+)>  
    nbj&3z,  
    a. 打开参数优化 OxqK} %=Bw  
    ~c%H3e>Jcq  
    $z"3_4a  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Z!0D97^  
    ?lKFcm  
    图2
    _Jn-#du  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 2j9Mr  
    ; f:}gMK  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） x{`>Il  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 6J9^:gXW~  
     FX`SaY>D  
    D4g$x'  
    图3
    d/vF^v*o0X  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 v}XMFC !  
    +@ga  
    图4
    Zg "g/I.+d  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 y#!8S{  
    <t>"b|fW  
    图5 GD<xmuo  
    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： jc) [5i0  
    `h*)PitRa  
    图6
    i1e|UR-wl  
    4.总结 Lt $LXE  
    ZT:&j4A|0  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 AP&mr1_  
    I?}YS-2  
    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。 JE9SPFQx9M  
    }ac0}  
    >0z(+}]3z  
    QQ：2987619807     fA{[H:*}G  
     
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