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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    离线infotek
    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） zY|]bP[NEH  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 Sh]x`3 ).  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 oA~m*|  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 u hP0Zwn  
    q9oF8&O,  
    摘要 = sIR[V'(  
     j78xMGKO  
    v-) eT  
    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。 9kP!O_  
    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。 Md {,@ G  
    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。     k&DH QvfB  
    \sC0om,  
    1. 建模任务 ) ZOmv  
     KF'H|)!K  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ %`}CbD6  
    >UJ&noUD#:  
    c)SSi@< cv  
    2. 方法 Ytx+7OLe  
     "`"j2{9|e!  
    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： u?g!E."v  
    ja7Z v[  
     `CK;,>i   
    :Rt5=0x   
    >Fld7;L?<  
    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。 5.[{PJ]bq  
    pLzsL>6h  
    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。 >W'SG3Hmc  
     fsjA7)/  
    y=vH8D]%X  
    YC=BP5^  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ;*W]]4fy  
    qW7"qw=   
    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。 4&ea*w  
    HxY,R ^  
    1) 评估最大模式阶数 L''0`a. +S  
    q qzQKN  
    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： r$v?[x>+K  
    Lf0Hz")  
    1wc -v@E  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 P1) 80<t  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 DAu|`pyC%  
    7Xad2wXn  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3^Yk?kFE  
     DQlaSk4hF_  
    M2@q{RiS  
    &vMH AZd  
    4(aesZ8h  
    2）设置多模高斯光源 K%=n \ Y  
    lIFt/  
     <Z m ,q}  
    }uHc7gTBF7  
    h{* O9O<  
    3) 设置优化函数 ZHC sv]l  
    j^%i?BWw  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 3yKI2en"  
    9uS7G*  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ooZ-T>$  
     owMH  
    <,E*,&0W  
    ,#wVqBEk  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 YQ]H3GA  
    s3+O=5  
    {-Y_8@&  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 34oL l#q*  
    ZM#WdP  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 <Y#R]gf1  
    z'qVEHc)  
    a. 打开参数优化 kQ#eWk J,  
    __ mtZ{  
    h+74W0 $  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 4iLU "~  
    JA{YdB;il  
    图2
    W1@;94Sb~  
    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： 6 gKOpa  
    Pj.~|5gnf  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） oX}n"5o:  
    -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。 s^oNQ}  
     =wj~6:Bf  
    Y=rr6/k  
    图3
    Oq2H>eW`f  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 k_a'a)`$6  
    qXI30Yo#d  
    图4
    J7\q #]?  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ? w?k-v  
    [*vN`AfE  
    图5 e6R "W9  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： *(`.h\+  
    iCK$ o_`?  
    图6
    >o} ati  
    4.总结 lBn*G&(P  
    vUK>4^{J5  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 jkP70Is  
    3E ZwF  
    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。 _B1uE2j9  
    +wUhB\F *  
    QQ：2987619807     Dy@ \!F  
     
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