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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） zS?}3#g0u  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 kmfz.:j{  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 /xA`VyHO  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 6NFLk+kqN  
    OH+2)X  
    摘要 |@>Zc5MY$  
     X~; *zYd5  
    <C*%N;F5R  
    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。 |>I4(''}  
    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。 N~yGtnW  
    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。     -cXVkH{  
    Tkf4`Gxd  
    1. 建模任务 P/9|mYmsq  
     9Cb>J  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ c%n%,R>  
    '(($dT  
    9JC8OSjJ  
    2. 方法 Q},uM_" +  
     4~:D7",Jn  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： zpxy X|  
    H&ZsMML/%  
     /z,+W9`  
    a<D]Gz^h  
    n-lDE}K9%B  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 o648 xUP  
    ;{>-K8=>$  
    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。 lFM'F[-?-  
     g!;Hv  
    BA0.B0+"  
    hRN>]e,!  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 5adB5)`  
    A832z`  
    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。 Uefw  
    &_c5C  
    1) 评估最大模式阶数 pe@/tO&I  
    {I_I$x_  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ^Ul *Nm  
    [+$o`0q;N?  
    8|#p D4e  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 (kI@U![u  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ~rU{Q>c  
    QVrMrm+vRv  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 V$ss[fX  
     6JL:p{RLi  
    m&#a M8:\  
    VlFDMw.4.+  
    "Q@ZS2;A  
    2）设置多模高斯光源 # OQ(oyT  
    vo DTU]pf  
     =i)k@w_(x  
    NCysYmt  
    ~v<,6BS<$Z  
    3) 设置优化函数 \=/^H  
    ~cx/>Hu  
    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)。 m)9qO7P  
    pn~$u  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 H0B"?81  
     !M&B=vk4  
    FLekyJmw~  
    OW<5,h  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 V qW(S1w  
    A5ps|zidI  
    =w!14@W  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） i;>Hy|  
    P}QuGy[  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ='cr@[~i  
    #_bSWV4  
    a. 打开参数优化 Z*|qbu)  
    NN W*  
    )#dP:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )rs);Pl  
    ^4yFLqrC  
    图2
    @kLpK  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ,Mwj`fgh  
    i.Qy0  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） &?<o692  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 { LJRdV  
     bg)yl iX  
    'I_\ELb_  
    图3
    ?8X+)nU@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 f&Bu_r  
    M+ gYKPP  
    图4
    Q[y75 [  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 `1KZ14K  
    ,g$N  
    图5 KPUc+`cN%  
    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： :R<n{%~  
    Rd5r~iT  
    图6
    #$Z|)i]w  
    4.总结 @"H+QVJ@  
    -)aBS3  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 16YJQ ue  
    s]r"-^eS3  
    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。 Dg@>d0FW  
    Oav^BhUO  
    QQ：2987619807     #kV`G.EX  
     
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