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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） <C`qJP-  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 tpwMy:<Ex  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 BT.;l I  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 a{v1[i\  
    }RowAGWL  
    摘要 o{f|==<t3#  
     B&ItA76  
    aVNBF`  
    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。 MF)Xc\}0p  
    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。 mtu/kd'(  
    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。     ?5_~Kn%2  
    pC2ZN  
    1. 建模任务 u.ubw(vv  
     qpjtF'  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ A[`c2v-hF  
    2oyTS*2u_&  
    FR&4i" +  
    2. 方法 bw\fKZ  
     ZG:#r\a  
    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： nk|j(D  
    EhL 8rR  
     l?2(c  
    S{' /=Px+  
    g`I`q3EF)  
    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。 " uf*?m3  
    W/q-^Zkt,9  
    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。 4+2XPaI m  
     RZ 4xR  
    cVya~ *  
    ,WSK '  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Vz[E)(QX-`  
    k`FCyO  
    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。 E^B*:w3  
    +EK(r@eV  
    1) 评估最大模式阶数 IA_>x9 (~  
    Ja<pvb  
    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： A`_(L|~  
    |TM&:4D]^  
    `2`Nu:r^  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Rj6:.KEJ  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~_<I}!j/B  
    l}odW  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 jyQ Bx  
     g-lF{Z  
    7xz~%xC.  
    x}Qet4vV  
    2ED^uc: 0S  
    2）设置多模高斯光源 =5=D)x~  
    /xf4*zr  
     =qPk'n9i8  
    4bXAA9"  
    b*$/(2"m  
    3) 设置优化函数 `~|8eKFq!  
    7 +A-S9P)  
    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)。 ~um+r],@@  
    3l5rUjRwj  
    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。 l*]9   
     E><!Owxt/  
    3&i8C,u]/O  
    Jg#L8>p1  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 R7aS{8nn  
    k#"Pv"  
    ~@ a7RiE@  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） #:Z"V8n'  
    [P#^nyOh(  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 s)Sa KE*d  
    pl62mp!  
    a. 打开参数优化 pcw!e_"+  
    ;-84cpfu  
    47I5Y5  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 dLOUL9hf  
    48,Aq*JFw  
    图2
    ~/?JRL=  
    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： VU,\OOp  
    Y ON@G5^  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） _i [.5  
    -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。 $s2Ty1  
     i(.c<e{v~  
    `K[:<p}  
    图3
    m(JFlO  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 :H[E W3Q  
    b:fy  
    图4
    #sit8k`GR8  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 oH~ZqX.3  
     /bA\O   
    图5 }D.?O,ue  
    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： Yjz'lWg  
    3}O.B r|  
    图6
    i gzISYC_  
    4.总结 Cnf;5/  
    qg#WDx /  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 R`=IYnoOA  
    b7fP)nb695  
    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。 j9C=m"O  
    :6LOb f\01  
    uF5d ]{Qt  
    QQ：2987619807     2YK4 SL  
     
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