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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） T1[ZrY'0  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ``CADiM:S  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 $ !=:ES  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 [,X,2  
    2{: J1'pC  
    摘要 ?2>v5p  
     QP0X8%+p  
    *dgN pJ 9  
    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。 zhL,BTH  
    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。 =x]dP.  
    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。     ;itg>\ p3  
    p[:%Ck"$7  
    1. 建模任务 cYS+XBz  
     o:*iT =l  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ zwK;6&(W  
    ,6pH *b $  
    fbkjK`_q  
    2. 方法 Vtk|WV?>P+  
     1"PE@!]  
    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： Q(7l<z  
    3o^M%  
     |/Z)?  
    #E)]7!_XG  
    ,KaWP  
    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。 S`.-D+.68  
    LRs; >O  
    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。 Jx?>1q=M  
     ,Yz+?SmSZ&  
    ``Rb-.Fq,  
    AW68'G*m  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 C>ZeG Vq  
    @U5>w\  
    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。 ?Qk#;~\yB  
    KHiJOeLc  
    1) 评估最大模式阶数 Lcm!e  
    X|G+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： 5)6%D  
    Z8UM0B=i  
    F tjm@:X  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 GrC")Z|3u  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 net9K X4\  
    rfpxE>_|G  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 `$-  Ib^  
     m,O !M t  
    _r'M^=yx[  
    A4h/oMis  
    "<#:\6aym  
    2）设置多模高斯光源 1YL5 ![T  
    F{tSfKy2  
     n Lb 9$&  
    5Bo)j_Qo  
    v^'~-^s  
    3) 设置优化函数 c-d}E!C:  
    Xi.?9J`@  
    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)。 Zlo,#q  
    pM3BBF%  
    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。 t`B']Ac;T  
     t;3.;  
    Ags`%(  
    5{Wl(jwb  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 FO$Tn+\6  
    Y2n*T KXI,  
    63=m11 Z4  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） lfP|+=^B  
    *2F }e4v  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 P_U-R%f  
    y rk#)@/m  
    a. 打开参数优化 +&@0;zSga  
    5>Q)8` @E  
    X$f%Ss  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 iXFaQ  
    >^&+,*tsS4  
    图2
    T^_9R;  
    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： ZI7<E  
    HJmO+  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） hLRQ)  
    -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。 xJCpWU3wM  
     /&yT2p  
    #ZA YP  
    图3
    UZ#2*PH2E  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ;H lv  
    `Z-`-IL  
    图4
     s25012  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 %L3]l  
    }JD(e}8$!  
    图5 ?}[keSEh>  
    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： ?F/3]lsggT  
    H^G*5EQK  
    图6
    jPfoI-  
    4.总结 @zbXG_J  
    GSp1,E2J  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 <T).+ M/  
    P*>V6SK>b  
    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。 7 <xxOY>y  
    U{EW +>  
    QQ：2987619807     *M:Bhw  
     
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