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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） #*%q'gyHT  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 GW^,g@%C  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 DKL@wr}8  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 lUOvm\  
    hT g<*  
    摘要 YDJ4c;37  
     &a0r%L()X  
    .Ajzr8P  
    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。 Guw}=l--YR  
    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。 J3RB]O_  
    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。     OhZgcUqQ8  
    0% L l  
    1. 建模任务 */qtzt  
     y046:@v(  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ xw5d|20b  
    !^oV #  
    tRb] 7 z  
    2. 方法 C4$:mJ>y  
     k%c{ETdE  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： N2r/ho}8  
    b}^S.;vNj  
     BR`ygrfe  
    xM>W2  
    o G*5f  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 :ue:QSt(u  
    }|OaL*|u  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 &)wiKh"$  
     nQX+pkJ  
    zET^T5>:  
    {P%9  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 HAzBy\M{  
     fE f_F r  
    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。 ^n Jyo:DO;  
    :$;Fhf<5  
    1) 评估最大模式阶数 |y;}zQB-dH  
    >eQr<-8  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： Z%zj";C G  
    Qf M zF  
    !l?.5Pm])  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 C&LBr|  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 lf{e[!ML'  
    rEhX/(n#  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 lz#GbXn.  
     bK"SKV  
    :o-,SrORM  
    v,-{Z1N%m  
    @+vXMJ$  
    2）设置多模高斯光源 K;?,FlH  
    6fH@wQ"wN  
     {e[%;W%c&  
    Q)m4_+,d  
    Va,<3z%O<  
    3) 设置优化函数 H&1[n U{?>  
    OMhef,,H  
    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)。 ;__9TN  
    +d+@u)6  
    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。 v 8T$ &-HJ  
     0N[&3Ee8  
    (Fq5IGs  
    K 8n4oz#z  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 T{V/+RM  
    v(*C%.M)  
    Y$N)^=7  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） H gTUy[(  
    I}e 3zf>  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 U~h'*nV&  
    [U}+sTQ  
    a. 打开参数优化 _Jwq`]Z  
    gmIqT f  
    pi=-#g(2  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 l Z#o+d2Y  
    \!(  
    图2
    E$W{8?:{  
    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： +iRq8aS_  
    TG}*5Z`  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Cm$.<CV  
    -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。 hjaT^(Y  
     ]\/tVn.'  
    mNmLyU=d  
    图3
    u` oq(?|  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 o]nw0q?  
    NCxqh<  
    图4
    D9`0Dr}/2  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 uwRr LF  
    <0yE 5Mrf  
    图5 y=In?QN{6*  
    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： .sQ=;w/ZA  
     O+%WR  
    图6
    uB!kM  
    4.总结 |F9z,cc"  
    b-3*Nl_%  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 GUF"<k  
    jTLSdul+  
    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。 'J,T{s1J  
    _qb Ih  
    I^oE4o  
    QQ：2987619807     )c l5B{1P  
     
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