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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） ?.Mw  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 eGcc'LBr;  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 S. my" j  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 _RI`I}&9Z  
    q)0?aL  
    摘要 $>Md]/I8  
     r9nH6 Md\  
    *nJy  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 >%Rb}Ki4  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 eaLR-+vEB  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     Su.imM!  
    OBrbWXp@  
    1. 建模任务 z}?*1c  
     ;#-yyU  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ .}IxZM[}D  
    @CGci lS=  
    C1w~z4Qp  
    2. 方法 7|$cM7_r  
     ' cM2]<  
    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： tFlLKziU  
    '"u>;Bq  
     K @x4>9 3n  
    eh4`a<gC  
    ]`@= ;w  
    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。 bu[PQsT  
    _cPGS=Ew  
    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。 `y"(\1  
     t~_j+k0K#  
    j"G1D-S:  
    XS:W{tL!  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 7b>FqW)%  
    |#_IAN  
    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。 kp F")0qr  
    $glt%a  
    1) 评估最大模式阶数 DJ&ni`  
    mEK0ID\  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： GxH]  
    5:S=gARz  
    tc-pVw:TV  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 o>Fc.$ngZ  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 `Wc"Ix0  
    t2bv nh  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 _FpZc ?=  
     x? 10^~R  
    ]0[Gc \h}  
    B=<>OYH  
    2pr#qh8  
    2）设置多模高斯光源 u.\FNa  
    ^a>3U l{  
     6yn34'yw  
    hY*ylzr83  
    `.oWmBey\  
    3) 设置优化函数 >z{*>i,m1  
    =7^rKrD  
    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)。 PhUG}94  
    TRLz>mQ  
    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。 ,K/l;M5I  
     K)ZW1d;  
    o7 :~C]  
    ]81t~t9LQ  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 V(gmC%6%l*  
    ^|^ywgK  
    t(~V:+W9  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 9_=0:GH k  
    ,Yp+&&p.  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 :| s  
    EN,PI~~F  
    a. 打开参数优化 8-JOfq}s  
    B|\JGnNQ  
    5{zmuv:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 EWb'#+BP  
    a*hWODYn  
    图2
    c[IT?6J4  
    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： %yyvB5Y^  
    |2Krxi3*  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） f6of8BOg  
    -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。 !g`^<y!  
     +6zW(Ql/  
    kA.U2  
    图3
    KF.O>c87&  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 I ~U1vtgp  
    R^p'gQc$   
    图4
    k^H&IS!  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 #oYPe:8|m  
    3-=f@uH!  
    图5 c 5%uiv]  
    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： (yJY/|  
    $q$G  
    图6
     =8o$  
    4.总结 '9ki~jtf=  
    i?3~Gog  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 aAbK{=/y_!  
    7^oO N+=d  
    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。 74wDf  
    IgmCZ?l&0  
    n%S%a >IQj  
    QQ：2987619807     > eC>sTPQ{  
     
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