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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） ZX0ZN2 ]  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 cC_L4  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 LCrE1Q%VP  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ydCVG,"  
    @Fp-6J  
    摘要 A Z7  
     +`_I !  
    ,7m Rb-*p  
    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。 (GVH#}uB  
    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。 .:KZ8'g3}  
    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。     l^s\^b=W  
    ?NZKu6  
    1. 建模任务 /qW5M4.w  
     tdTD!'  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 8KioL{h  
    zDbjWd  
    $'I+] ;  
    2. 方法 x(/KHpSWK  
     Yq;|Me{h  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： h*_h M1*;  
    Y"G U"n~  
     g0m6D:f  
    1nv#Ehorg  
    V0Cz!YM_3  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 U2*g9Es  
    uaMf3HeYV  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 -_bHLoI  
     (vCMff/ Y1  
    c?qg i"kS  
    v$R+5_@[l  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 D"WqJcDt  
    B!|<<;Da6  
    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。 D-7PO3F:F  
    FE+Y#  
    1) 评估最大模式阶数 ;\@co5.=  
    "HRoS#|\  
    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： :"+/M{qz  
    7 tOOruiC  
    8Wn;U!qT  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 |=C&JA  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 3/P# 2&jt  
    ?dJ-g~  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 {Mc^[}9  
     {shf\pm!o  
    MS~c  $  
    8}/v[8p  
    Wq_#46P-  
    2）设置多模高斯光源 vEJ2d&  
    " gB.  
     FgILQ"+  
    p`// *gl  
    *B 7+rd  
    3) 设置优化函数 *Mf;  
    HZBU?{  
    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)。 2Y~6~*8*~  
    h_K(8{1  
    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。 6fvzTd},  
     J:  
    Mp:/[%9Fi  
    SG1o< #>  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 R u^v!l`!7  
    Hl"qLrb4  
    (fmcWHs  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） tETT\y|'  
    14TA( v]T  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 N zY}-:{  
    c}iVBN6~.<  
    a. 打开参数优化 ViV"+b#gu  
    PI>PEge!&  
    Ue:'55  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 +NGjDa  
    %Z@+K_X9x  
    图2
    O>)<w Ms`  
    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： y5_`<lFv  
    vn"2"hPF|  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ~~[Sz#(  
    -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。 K~"J<798{  
     `UFRv   
    (0s7<&Iu  
    图3
    l4+!H\2  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 (are2!Oq  
    w9I7pIIl  
    图4
    k=,,s(]tx  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 W=T3sp V  
    l6Hu(.Ls;j  
    图5 8$O=HE*  
    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： H=E`4E#k  
    hC ^|  
    图6
    ?bc-?<Xk  
    4.总结 Fw!wSzsk3  
    $:M*$r^u  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  :[:5^R  
    ^|^ek  
    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。 t0_o .S  
    t3ua5xw  
    QQ：2987619807     fj X~"U  
     
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