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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） ui*CA^ Y  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 +P*,i$MV  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 P^/e!%UgC  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 h_t<Jl  
    Ga"<qmLMc  
    摘要 =-uk7uZM  
     b\"2O4K,)  
    ?P2 d 9b  
    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。 &2Cu"O'.i  
    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。 O;;vz+ j  
    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。     Q0_|?]v  
    K@=_&A!  
    1. 建模任务 (@*#Pn|A  
     74Il]i1=  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ u $T'#p1  
    9TE-'R@  
    WB|SXto%4D  
    2. 方法 z:tu_5w!,  
     pdR&2fp  
    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：  /I' np  
    dLu3C-.(  
     kasx4m]^  
    "IsDL^)A9  
    O7Awti-X  
    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。 cW, 6 MAQo  
    b"#|0d0  
    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。 e0u* \b  
     BB m;QOBU  
    $zV[- d  
    U7cGr\eUu  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 8h7z  
    8|p*T&Cn&  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 bQ2 '*T  
    V,Br|r$l(  
    1) 评估最大模式阶数 >sE{c>R%  
    -J*jW N!  
    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,coeL  
     ^'c[HVJ  
    '=vD!6=0@  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 iY1JU -S  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 H@,(  
    8U>f/dxLOO  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 b]U%|bp  
     +3D3[.n  
    7[W! Nx  
    p} }=li>  
    ra k@oW]  
    2）设置多模高斯光源 ]`Y;4XR  
    K%A:W  
     ;M"JN:J8  
    gaw/3@  
    ?-0>Wbg  
    3) 设置优化函数 ajz%3/R  
    >*%mJX/F  
    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)。 Am? dHP  
    bR!*z  
    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。 \?e{/hXnl  
     n089tt=TE  
    k%)QrRnB  
    e" f/  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Pp[?E.]P  
    ga~C?H,K  
    .W<yiB}^  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） @<O Bt d  
    Ul@yXtj  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 EI*B(  
    _fu?,  
    a. 打开参数优化 ?HBNd&gZ1G  
    >>voLDDd  
    ^F `   
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 |BGQ|7DyG  
    #B3P3\  
    图2
    V3NQij(  
    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： }Zue?!KQ  
    _Jc[`2Uv_c  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） lV-b   
    -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。 YULI y-W  
     ?6F\cl0.  
    W0&NX`m  
    图3
    8(e uWS  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 WCc,RI0   
    Uv~r]P)  
    图4
    =Vv"\p8  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 YzqUOMAt"V  
    fWKI~/eUY|  
    图5 RHdcRojF  
    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： 'Tn i;  
    +pcpb)VL  
    图6
    RjY(MSc  
    4.总结 @-9I<)Z/2  
    0HA`  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 _H9.A I  
    }j^asuf~c  
    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。 0>?%{Xy  
    WleE$ ,  
    *UVo>;  
    QQ：2987619807     r%*,pN7O  
     
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