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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） "Ux(nt  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 9|<Li[  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 AP,ZMpw  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 -+1O*L!  
    0~RD@>]  
    摘要 E7\K{]  
     1] =X  
    dL% *;   
    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。 [T =>QS@g  
    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。 8=L"rekV_  
    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。     qCcLd7`$  
    P7=`P  
    1. 建模任务 BT8)t.+pv  
     OXQA(%MK  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ,NZllnW  
    |}:}14ty  
    J?J4<l9  
    2. 方法 5)XUT`;'){  
     8e>B>'nH  
    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： v"yu7tZ3N  
    K1J |\!o  
     &v((tZ  
    WM|G/'q  
    Gn^lF7yE  
    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。 ,}'8. f  
    PjBAf'  
    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。 d)!'5Zr M  
     5\h 6"/6Df  
    G) KI{D  
    myX&Z F_9  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 E~WbV+,3  
    9Jh&C5\\  
    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。 l VD{Y`)  
    #N`G2}1J  
    1) 评估最大模式阶数 ;E 9o%f:o  
    AA^K /y  
    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： 6 ~0kb_td  
    I ]o|mjvs  
    ._tEDY/1m  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 <t(H+ykh  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 [Lje?M* r  
    Z ;rM@x  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 {0F/6GwUC  
     :n13v @q  
    sz270k%[  
    a+lNXlh=  
    sjLMM_'  
    2）设置多模高斯光源 +|dL R*s  
    ]>[TF'pIAx  
     $Q#n'#c  
    Z+U -+eG  
    D>{`I'  
    3) 设置优化函数 ;6hoG(3 +  
    _GxC|d  
    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)。 S'|PA7a}h  
    X);'[/]E*  
    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。 $s}w23nB  
     jq]5Y^e  
    `]l` t"x  
     tM\BO0  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 d.w]\  
    6X A(<1P  
    m,kYE9 {  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 6 M:?W"  
    +|g*<0T5<  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 }X8P5c!\  
    U 5j4iz'  
    a. 打开参数优化 D`G;C  
    _XP}f x7$C  
    q)?!]|pZ  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (|AZO!  
    1qAE)8ie  
    图2
    o9| OL  
    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： u =L Dfn  
    %`s#p` Ol1  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） -!7Z  
    -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。 c0e[vrP:  
     @0EY5{&  
     #9}1Lo>  
    图3
    ^bPpcm=  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 xPm{'J+b~  
    RrBG=V  
    图4
    i^:#*Q-co  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 gzhIOeY  
    ]m`:T  
    图5 DFZ0~+rh  
    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： ehB '@_y  
    4KxuSI^q  
    图6
    y,rdyt  
    4.总结 1(T2:N(M-A  
    j|[$P4w}U  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 _(m455HZ  
    {7oPDP  
    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。 Q'^'G>MBJ  
    ul_E{v  
    QQ：2987619807     ?m 5"|f\  
     
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