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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） VN]70LFz*i  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 =jz [}5  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 | $  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 >sGIpER7  
    2K wr=t  
    摘要 B:oE&Ahh{  
     ;iq H:wO  
    7!F<Uf,V3  
    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。  r"YOA@  
    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。 mH6\8I  
    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。     "d"6.ND  
    ZB+~0[C  
    1. 建模任务 v-(dh5e` H  
     zPm|$d  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ]Ub"NLYV  
    4m1@lnjp  
    [jnA?Ge:  
    2. 方法 'u}OeS"f  
     C :r3z50  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 03Uj0.Z|7  
    '"C& dia  
     T0|hp7WM  
    d C>[[_  
    z#HNJAQ#|  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ,4mb05w;d  
    Kt3T~k  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 <H,E1kGw9  
     &[b(Lx|i  
    1$_|h@  
    yU|=)p5  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 GahIR9_2  
    \%}w7J;  
    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。 W %<,GV  
    y/Ui6D  
    1) 评估最大模式阶数 `|p8zV  
    *E|#g  
    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： gY {/)"  
    BN1,R] *;  
    W4#E&8g%  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 K?@x'q1  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 pnpf/T{xpM  
    n,#o6ali>  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 xey?.2K1A  
     h9Tst)iRi  
    woUt*G@  
    T_j0*A $  
    {W'{A  
    2）设置多模高斯光源 "G!,gtA~  
    RPw1i*  
     +2#pP  
    8a;;MJ)  
    Ow 0(q^H<  
    3) 设置优化函数 <YAs0  
    th|'t}bWV  
    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)。 eIcIl2  
    =AP0{  
    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。 F;ELsg  
     x-T7 tr&(  
    xzw2~(lo  
    \7WZFh%:  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 N)EJP ~0  
    Ssd7]G+n:  
    Wb#ON|.2  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 9gFfbvd  
    Va$JfWef  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 fBLR  
    mW)C=X%  
    a. 打开参数优化 [Qn=y/._r  
    ;F:Qz^=.a  
    e@DVf  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 T^@P.zX  
    3J[ 5^  
    图2
    &ER,;^H `6  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： P G*FIRDb  
    #{~3bgY  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） A}CpyRVCn  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Lu[xoQ~I  
     w/wU~~  
    pW5PF)([  
    图3
    SXRND;-W8  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 D n}TO*  
    }/VSIS@Z  
    图4
    *}Gu'EU  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 R ]y9>5 'U  
    9=G dj!L  
    图5 u4~( 0  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： r'J3\7N!u  
    2KSt4oa  
    图6
    8_uh2`+Bvb  
    4.总结 XaYgl&x'!x  
    baib_-$  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }>m3V2>[  
    {ud^+I&  
    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。 (^= Hq'D  
    V5]:^=  
    ,CjJO -  
    QQ：2987619807     3L%g2`  
     
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