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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） Rhh.fV3  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 7]8apei|  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 $`Aps7A  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ,}$[;$ye  
    }zHG]k,j  
    摘要 lf2(h4[1R  
     !ziO1U  
    <VmEXJIk  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 s!/Q>A  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 -@`!p  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     ,a} vx"~  
    o,=dm@j  
    1. 建模任务 p}-B>v  
     5x' ^.$K >  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ MrpT5|t  
    Bfr$&?j#  
    !o8(9F  
    2. 方法 >66v+  
     l%MIna/Tp  
    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： AJ85[~(lX  
    b`DPf@p^kc  
     v,,Dz8!Ty  
    N uq/y=  
    9K_p4 mq  
    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。 R}\n @X*  
    EB[B0e 7}  
    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。 P:v|JER   
     dL>8|  
    TllIs&MCe  
    FFID<L f/2  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 C2W&*W*  
    R]Pv=fn  
    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= $, \D+  
    +[$ Q C*  
    1) 评估最大模式阶数 x<[W9Z'~?9  
    M\dZxhQ-l  
    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： ffS]%qa  
    BFMINq>  
    h$q=NTV  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +(J{~A~  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 aak[U;rx  
    <LA!L  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 S%k](\7!  
     \>r<z46x  
    @j?)uJ0Q  
    \*6Ld %:h$  
    g:CMIe4  
    2）设置多模高斯光源 UqsX@jL!  
    ".T&nS[z  
     cAc>p-y%  
    @F0+t;  
    fr([g?F%D  
    3) 设置优化函数 q~*>  
    Dg2=;)"L  
    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)。 #&ZwQw  
    5t~p99#?  
    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。 O %?d0K  
     !_My]>S  
    QIZbAnn_  
    W: vw.  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 .3yxg}E>{  
    Ud[Zv?tA:  
    l9Sx'<  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） E8s&.:;+  
    6+Wkcr h  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 %>Y86>mVz  
    eW^_YG%(  
    a. 打开参数优化 /K<.$B8  
    l d4#jV ei  
    j=~c( B  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 +Pm yFJH  
    R#UcwX}o  
    图2
    0755;26Bx  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： *Af:^>mh  
    {(MC]]'?  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 8rx"D`{|  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 &E&e5(&$  
     llP 5  
    :;(zA_-  
    图3
    dy%#E2f  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 w0i v\yIRQ  
    \E3e vU  
    图4
    s9'lw'  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 o<r|YRzQl  
    WfDpeXdO  
    图5 ZW0gd7Wh  
    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： * vMNv  
    3A(sT}  
    图6
    U*s QYt<?g  
    4.总结 Zw`vPvb!  
    vhQIkB8  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 g:sn/Zug]  
    !K~:crUV|S  
    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。 d!i#@XZ^  
    rL /e  
    ?-`G0(  
    QQ：2987619807     U3f a *D  
     
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