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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） JsohhkJNGi  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 duCxYhh|  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 &<}vs`W  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 j^#4!Ue  
    DD`Bl1)  
    摘要 e^)+bmh  
     @sUYjB  
    jnfktDV'  
    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。 o2  
    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。 x%Ph``XI  
    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。     "]\sw"zO?  
    We&~]-b AW  
    1. 建模任务 qPeaSv]W  
     \vj<9ke&  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ -`nQa$N-  
    .{[+d3+,  
    -FRMal4Pg0  
    2. 方法 HBHDu;u  
     *->2$uWP  
    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： ZbVo<p5* ]  
    04ZP\  
     {;uOc{~+  
    ;}v#hKC~  
    :.8@ xVH  
    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。 iNj*G j  
    2d),*Cvf  
    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。 Vwxb6,}Z  
     E,u/^V9x  
    cAFYEx/(  
    zh8\ _> +  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 7i- G5%w7  
    Kvx~2ZMx6  
    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。 .V~z6  
    }7?n\I+n"  
    1) 评估最大模式阶数 =PU! hZj"L  
    @ sLb=vb  
    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： z~8`xn,  
    -rg >y!L  
    :wWPEhK  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 N@}5Fnk-  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 (*qMs)~]B  
    X#v6v)c  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Fpe>|"&  
     h 8Shf"  
    ?2d! ^!9  
    bhk:Szqz  
    }Pi}? 41!  
    2）设置多模高斯光源 :$k] ;  
    B\WIoz;'  
     c+dmA(JC  
    UdGa#rcNW  
    1u`{yl*+?  
    3) 设置优化函数 $TU:iv1Fm  
    E4}MU}C#[  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 {>EM=ZZfg  
    {3)^$F=T  
    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。 A^L8"  
     Qqm$Jl!  
    _8QHx;}  
    C!,|Wi2&  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 B}?$kp  
    FaA'%P@  
    ][D/=-  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） F7!q18ew  
    5~ip N/)E  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 77zfRSb+  
    2)-V\:;js  
    a. 打开参数优化 6'Sq|@VOi  
    ^ "D  
    E]MyP=g$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 !3*:6  
    {zNFp#z  
    图2
    Xi  8rD"v  
    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： Jxo#sV-  
    oS0rP'V^  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 506AvD  
    -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。 cXDG(.!n7B  
     )@\Eibt2oH  
    ov xX.h O  
    图3
    1b` `y  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 *K#Ci1Q  
    paYvYK-K?  
    图4
    Au"7w=G`f  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 <&CzM"\Em  
    PSB@yV <  
    图5 [&MhAzF  
    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： #cCR\$-~  
    a +lTAe  
    图6
    6\5"36&/rQ  
    4.总结  \LP?,<  
    }"\jB  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }uo.N  
    S(NUuu}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。 Cn"L*\o  
    y%Wbm&h  
    ^v+7IFn  
    QQ：2987619807     &60#y4  
     
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