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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    离线infotek
    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） "5Y6.$Cuf!  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 t+}w Tis  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 E0R6qS:'  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 #kASy 2t  
    ?9a%g\`?:  
    摘要 'Zp{  
     Fu_I0z  
    \OA{&G.  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 cd1G.10  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 T"[]'|'  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     5\MC5us3  
    UPU$SZAIx  
    1. 建模任务 z,G_&5|f%  
     kFwFPK%B  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 1'\QD`M9^  
    J _;H  
    29,ET}~  
    2. 方法 >P SO]%mE  
     [p9v#\G; [  
    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： s{Y4wvQyB  
    *$g!/,  
     !Fp %2gt|  
    d]] z )  
    *u1q7JFQk  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 X n$ZA-  
    U_(>eVi7F  
    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。 NC%hsg^0/  
     x{SlJ%V  
    -3R:~z^L  
    dHUbaf:e)T  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 \4q|Qno8  
    RkYn6  
    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。 )pH+ibR  
    RyJy%| \-S  
    1) 评估最大模式阶数 \~l_w ,Poo  
    M_};J;  
    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： 9pqsr~  
    ZpVkgX4  
    ZOqS"3j! j  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 :J`@@H  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ::oFL#+  
    Y=P*   
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Ev5~= ]  
     ;Z d_2CZ  
    b$,Hlh,^  
    ,r~+ 9i0N  
    F'Y ad  
    2）设置多模高斯光源 c4Zpt%:}h  
    $V(]z`b&  
     Cy]=Y  
    Cf=H~&`Z  
    ,Y/B49  
    3) 设置优化函数 V.P<>~W  
    .J)TIc__|A  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 1.cP3k l  
    'RMUjJ-!  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 'q-q4 QCB  
     -I|xW  
    N&NBn(  
    *8Z2zmZtR^  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 bQt:=>  
    il5C9ql$  
    HY)xT$/J  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） h=7q;-@7  
    'Rn-SD~gIr  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 <?nIO  
    );gY8UL^  
    a. 打开参数优化 Tn}`VW~  
    0>sa{Z  
    E 5&Z={  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 DXiA4ihr=  
    6{y7e L3!  
    图2
    |h]V9=  
    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： %#x4wi  
    *,\"}x*  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） !g|O.mt  
    -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。 Hb=#`  
     E=s,-  
    y&NqVR=   
    图3
    nje7?Vz  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ~Ru\Z-q1  
    @t9HRL?T~  
    图4
    !=dz^f.{  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 3f7zW3F  
    0|P=S|%~  
    图5 h Qn?qJy%W  
    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： h6h6B.\ Ld  
    Cr5ND\  
    图6
    XN df  
    4.总结 u&:N`f  
    [3m\~JtS  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 * 65/gG8>  
    z#tIa  
    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<Zlm)"%1  
    ]01`r/->\  
    2)f_L|o,m  
    QQ：2987619807     VgH O&vU  
     
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