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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） f5VLw`m}.8  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ~;{; ,8!)  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 %.-4!vj  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 iN8zo:&Z  
    nwRc%C``UK  
    摘要 qm8B8&-  
     U7}yi$WT  
    /zVOK4BqN+  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 P%&0]FCx  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 c?[I?ytl  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     G[I"8iS,  
    ++Ts  
    1. 建模任务 %oa-WmWm  
     ZyPVy  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 9u}Hmb  
    !1 H# 6  
    hxd`OG<gF  
    2. 方法 o 5uph=Q{  
     3/e.38m|  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ;d"F%M y  
    '3D XPR^B6  
     ;1O_M9  
    >T3-  
    Nk VK  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 &n}f?  
    hwBfdZ  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 dkBIx$t  
     A:N|\Mv2b  
    e95Lo+:f  
    (WO]Xq<  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 qqr?!vem6  
    Pz|>"'  
    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。 /dQl)tL  
    QIvVcfM^  
    1) 评估最大模式阶数 O{G?;H$  
    1&evG-#<:  
    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： 6x[}g  
    j9 4=hJVKi  
    C>j@,G4  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 a /l)qB#  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Ln<`E|[29  
    lC("y' ::  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 E }Z/*lX  
     L Mbn  
    [-k  
    lVR~Bh  
    D4-ifsP  
    2）设置多模高斯光源 wb5baY9  
    q`H_M{26!y  
     G"U9E5O  
    w/S%YW3*  
    A8fOQ  
    3) 设置优化函数 so)[59M7  
    >WQMqQ^t@  
    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)。 (*nT(Adk  
    6YLj^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。 QP^Cx=  
     3kIN~/<R+7  
    1s2>C!\  
    _jI,)sr4ic  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 w\}ieI8J  
    B^Nf #XN(  
    k_qd |  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） }=UHbU.n~!  
    6]_pIf  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 t?ZI".>  
    M7a.8-!1  
    a. 打开参数优化 o]` *M|  
    ,o{9$H5{  
    S)k*?dQ##R  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ?'#` nx(!  
    3yY}04[9<  
    图2
    goRL1L,5  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： }Qc@m9;bH  
    w%VU/6~  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Av$^  
    -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。 ,p@y] cr  
     \oXpi$  
    @ ZwvBH  
    图3
    a| x.C6P e  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 NP#w +Qw  
    !t %j?\f  
    图4
    _AYK435>N  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  &)Tdc  
    Ic:(Gi- %  
    图5 2c,9e`  
    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： /y#f3r+*2  
    e7r -R3_  
    图6
    }[};IqVaK  
    4.总结 }6}l7x  
    #$+*;  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 BB$>h}  
    OU(8V^.  
    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。 A*R^n}sh  
    uk]$#TV*q>  
    Y3cMC)  
    QQ：2987619807     o&zJ=k[4  
     
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