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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） <>xJn{f0c  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 SEwku}  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 -W{DxN1  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 MvLs%GE%  
    ]  H~4  
    摘要  @4d)R  
     l:;PXy6)  
    'mCe=Y  
    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。 ~9^)wCM+  
    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。 ,&PE6h n  
    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。     \?>Hu v  
    c@[:V  
    1. 建模任务 ,)+ o  
     <tpmUA[]  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ _cTh#t ^  
    m`#Od^vk  
    |@?%Ct  
    2. 方法 ( m\$hX  
     CZnK8&VDY  
    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： r0t^g9K0  
    y4Z &@,_{  
     3P~o"a>  
    2n><RZ/9  
    8 a!Rb-Q:  
    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。 kh~'Cn "O  
    84HUBud76Y  
    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。 0tIS Xu-  
     7g=2Z[o  
    AT2v!mNyCw  
    2Y}?P+:%>  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 1"8yLvtn  
    ^ &E}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。 ]3ONFa  
    <9ig?{'  
    1) 评估最大模式阶数 YzosZ! L!<  
    )}Q(Tl\$  
    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： ?oZR.D|SZ  
    7e7 M@8+4  
    Z UKf`m[  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 U<XSj#&8|  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 hPq%L c  
    @3fn)YQ'  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ,h|qi[7  
     64Lx -avf  
    qQ\Y/}F  
    6s,uXn  
    a{!QOX%K  
    2）设置多模高斯光源 w6`9fX6{h  
    RMO,ZVq  
     3mPjpm  
    'c\iK=fl  
    Li*eGlId  
    3) 设置优化函数 _%'},Xd.z  
    '|;X0fD  
    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)。 |AZg*T3:W  
    /iG*)6*^k  
    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。 1[_mEtM:]B  
     Qf@I)4'  
    oYWR')8g  
    .q+0pj  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 </uO e.l>Q  
    t|t#vcB  
    \OlmF<~  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） :JlP[I  
    f#ri'&}c :  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 JNcYJ[wqv  
    RN=` -*E1  
    a. 打开参数优化 vb9OonE2  
    +r3IN){jz  
    w+1Gs ;  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 2Sm }On  
    = k\J<  
    图2
    tTd\|  
    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： ){jl a,[  
    5nbEf9&  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 1+?N#Fh  
    -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。 ~  T>U  
     OtFh,}E  
    Z"unF9`"1  
    图3
    ctcS:<r/3@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .k,YlFvj  
    UA|u U5Q  
    图4
    GfC5z n>  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 yA47"R  
    4&l10fR5  
    图5 Q_l'o3  
    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： :1Sl"?xU  
    YJ$1N!rG  
    图6
    q+,Q<2J  
    4.总结 ^pHq66d%Z  
    6;b~Ht  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 v%Wx4v@%SE  
    sVex (X  
    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。 (XoH,K?{z  
    y(K" -?  
    QQ：2987619807     P;4w*((} ~  
     
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