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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） 4/'N|c.  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 <*<U!J-i  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 F)S PaC4  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 yzR=A%V8A  
    ^/toz).Q  
    摘要 Lg4YED9#  
     =xL)$DTg)  
    jZd}O C<  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 uFG<UF  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 bAEg$A  
    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。     )6-9)pH@)  
    ^2S# Uk  
    1. 建模任务 KxIyc7.  
     AOb]qc  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ GS;%zdH~  
    A_R!uRD8-  
    zXZir7NfM  
    2. 方法 &^!h}D%T/  
     ;h Hi@Z 9  
    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： 'c %S!$P  
    XN;&qR^j  
     wvN`R  
    BI/&dKM  
    Xj@+{uvQB  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 DMn4ll|  
     &;c>O  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 7 ^$;  
     TTZe$>f  
    QR0(,e$Dl  
    XRtD< jlA"  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8 lT{1ro  
    o6a0'vU><  
    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。 ]s_8A`vm  
    3<:jx~y>  
    1) 评估最大模式阶数 I :l01W;  
    DHw<%Z-J  
    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[?mc|*x  
    K pHw-6"  
    $_Nf-:D*  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 :TalW~r|  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 `@Oa lg  
    *[}^[J x  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 h8{(KRa6  
     O_~7Glu  
    [}z,J"Un  
    ZDt?j   
    `]i []|  
    2）设置多模高斯光源 zjl!9M!  
    %,P >%'0  
     kmPYx)o  
    pUYM}&dX  
    eiVC"0-c}  
    3) 设置优化函数 !&^gaUa{  
    v,@F|c?_S  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 WXw}^v  
    I/6)3 su%  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 1q7tiMvV-  
     lLhL`C!  
    fmX!6Kv  
    `G9 l  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 EgjR^A1W2  
    nh+l7 8  
    yx38g ca  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 3SttHu0X  
    WKfkKk;G  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 64>krmVIe  
    <ABX0U[*  
    a. 打开参数优化 sgUud_r)4  
    uVE.,)xz  
    yLE7>48  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 "R>FqX6FB  
    4GdX/6C.  
    图2
    ').}Nz  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 2_^aw[-  
    (t+;O;  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） %QmxA 7fW  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 w8S!%abl1  
     Pz*_)N}j >  
    1\*\?\T>_  
    图3
     {^a36i  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 <EO$]>;0  
    #DU26nCL  
    图4
    GzXUU@p  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 CAq/K?:8  
    O/s $SX%g  
    图5 8BOZh6BV  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： afBE{  
    IYn]U4P.  
    图6
    >@xrs  
    4.总结 3<?   
    i':ydDOOHA  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 g- AHdYJ  
    &s Pq<lo  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 nRL. ppUI  
    . o7m!  
    h,aAw#NE*  
    QQ：2987619807     Qd}m`YW-f$  
     
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