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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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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） zm"&8/l  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 5-n N8qs  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 3fpX  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 }P^{\SDX  
    IWTD>c).  
    摘要 i^j{l_-JE  
     / Z \zB  
    nQ8EV>j2  
    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。 0\u_ \%[  
    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。 -^C;WFh8)  
    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。     IhUuL0  
    |IZG `3  
    1. 建模任务 `lr\V;o!  
     !! #\P7P  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ tw^V?4[Miu  
    g=a-zg9LX  
    =n%?oLg^  
    2. 方法 {?,:M  
     ~d28"p.7  
    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： z.#gpTXD  
    B f[D&O  
     QiY7m<3  
    4ajBMgD]KG  
    0p! [&O  
    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。 852$Ui|I  
    7M5HIK6_  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 U.d*E/OR5  
     8&H1w9NrX_  
    iQ~cG[6  
    B7va#'ne4{  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 9v0f4Pbxm  
    0A\o8T.12  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 3)I v8mA  
    iQS?LksQX  
    1) 评估最大模式阶数 p}N'>+@=  
    y%p&g  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： n8J';F =P  
    Oxy. V+R  
    {P(IA2J'S  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 H<dm;cU  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 mi i9eZ  
    tHD mX  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 G`gYwgU;  
      XW`&1qx  
    [G4#DP\t>p  
    qDOx5.d  
    v:<u0B-)$  
    2）设置多模高斯光源 O3B\K <l  
    7S),:Uy[\  
     7RTp+FC]  
    *m2J$9q  
    z_CBOJl#C!  
    3) 设置优化函数 GXJJOy1"!  
    <dh7*M  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 7_n@iUG2n  
    *}cF]8c5W  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 EVrOu""  
     `fc2vaSH =  
    ,]1K^UeZ  
    8x[q[  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 /3'>MRzR  
    M%sWtgw(  
    M*{ EK  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ]hN%~ ~$>  
    zEpcJHI%  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \<a(@#E*~  
    / IAK'/  
    a. 打开参数优化 eB^:+h#A_  
    =A GsW  
    Z Oyq{w!2  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 [uW{Ap~2  
    0 B>{31)  
    图2
    UACWs3`s+  
    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： p8Ts5n  
    Azq,N@HO  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） E;9SsA  
    -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。 SPn0D9 b]  
     6*{N{]`WZ)  
    rW&8#&  
    图3
    bxK1v7  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 VLkK6W.u  
    e(,sFhR  
    图4
    owJPEx  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @$4(!80-  
    y!)Z ^u  
    图5 iw12x:  
    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： YSs9BF:a  
    9^c\$"2B  
    图6
    K.dgQ-vn  
    4.总结 OtrO"K  
    4-lEo{IIM  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ;sS N  
    :(!il?  
    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。 }pTy mAN  
    bH~ue5q  
    C3:4V2<_  
    QQ：2987619807     `/Zi=.rr  
     
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