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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） stBe ^C  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 =I)43ah d  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 l-l7jq]R  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 8.Y|I5l7G  
    {svo!pN:  
    摘要 )<:TpMdUk  
     %S}uCqcAK  
    9|#cjHf  
    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。 });Rjg  
    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。 cgSN:$p(R  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     c$%*p (zY  
    n=vDEX:'  
    1. 建模任务 HP1QI/*v  
     G7Sw\wW  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ d%"XsbO  
    +ovK~K $A  
    G+t:]\  
    2. 方法 @XV&^l -  
     |f#hGk6  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ?(R3%fU  
    Bhd)# P  
     q`b6if"  
    ;54NQB3L  
    vjlN@ "  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 '#Au~5  
    IrqM_OjC  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 bIAE?D  
     K+F"VW*?  
    C; N6",s!  
    [49Cvde^  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ExS5RV@v'  
    !S#3mT-  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 N8{jvat  
    H.@$#D  
    1) 评估最大模式阶数 \}s/<Q  
    Gl1XRNy C  
    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： ]VRa4ZB{u  
    T8x)i\<  
    bOFzq>k_  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ?K>)bA&l'  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 alaL/p{O  
    K)7T]z`  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 vSH,fS-n  
     m9DFnk<D  
    X8$Mzeq  
    t]$n~!  
    ahg:mlaob  
    2）设置多模高斯光源 Fo.Y6/}  
    d_@ E4i  
     CO='[1"_5  
    o utJ/~9;  
    j Q5F}  
    3) 设置优化函数 u ]e-IYH  
    YsVmU  
    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)。 H9/!oI1P?  
    ^ ` y7JXI:  
    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。 b&:v6#i  
     [a2]_]E%  
    pCs3-&rI3  
    5H0qMt P  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 9\_AB.Z:  
    "GO!^ZG]  
    e= IdqkJ%  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） }=[p>3Dd  
    s6,~J F^  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 *#T: _  
    dLiiJ6pl*  
    a. 打开参数优化 '~D4%WKT  
    (p-q>@m  
    xsZG(Tz  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 yE8D^M|g  
    .<%tu 0  
    图2
    &n6{wtBP  
    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： d`^3fr'.4A  
    1K#>^!?M  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） I2[Z0G@&=  
    -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。 J3eud}w  
     L 4j#0I]lq  
    4&mY-N7A  
    图3
    oy^-?+   
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 IVNH.g'  
     XIInI  
    图4
    9 C[~*,qx  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ieZ$@3#&z  
    Q,3kaR@O  
    图5 Q,KNZxT,q  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： OcT Wq  
    k&$ov  
    图6
    Bl b#h  
    4.总结 QLY;@-jF$  
    zZCl]cql  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 =X R~I  
    Z/q6Q#  
    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。 9O;Sn+  
    ?'> .>  
    !85bpQ.  
    QQ：2987619807     MQoA\  
     
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