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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） pf@}4PN}  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 eJGos!>*  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 &[Zap6]  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 _ 1> 4Q%  
    Yb3f]4EH  
    摘要 wV&f|JO0+  
     bM0[V5:jB  
    ZV]e-  
    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。 yLO &(Mb  
    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。 :2)1vQH0L  
    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。     , ."(Gp  
    *\:_o5o%[T  
    1. 建模任务 \seG2vw$  
     ?U/Wio$@  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ )R)$T'  
    P"uHtHK  
    8C,utjy  
    2. 方法 QcG5PV  
     !8@rK$DB  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Y `7#[g  
    Gz|%;  
     /D$+b9FR<  
    TflS@Z7C  
    #O9*$eMw  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 +>:}req  
    IO!1|JMr6  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 +:]Aqyc\  
     ;IuK2iDt<  
    wvmg)4,  
    u:uSsAn0$  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 &:;;u\  
    mo#0q&ZQ  
    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。 ,M@m4bx  
    Cj !i)-  
    1) 评估最大模式阶数 /LI~o~m1)  
    BgkB x  
    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： Oh/b?|imG  
    g{ v5mly  
    hD$p;LF  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 bwSRJFqb  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 nGv23R(?G  
    \)otu\3/  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 c{,y{2c]LT  
     5]H))}9>d  
    OY^n0Zof,  
    tt7PEEf  
    "$W|/vD+  
    2）设置多模高斯光源 +f X}O9  
    5BU%%fBJ.  
     $m:2&lU3  
    [%7;f|p?  
    {b|3]_-/  
    3) 设置优化函数 d=t}T6.|  
    X;OsH  
    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)。 w>6"Sc7oc2  
    Zk/' \(5  
    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。 0q[p{_t`  
     < QDr,Hj  
    rL%]S&M9  
    FDF3zzP0  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ]27>a"p59Y  
    ~?AC:  
    qGpP,  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） - E8ntY-  
    #~H%[ sa  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 /nC{)s?S'  
    ?W[J[cb  
    a. 打开参数优化 YN,y0t/cQ  
    5q5 )uv"  
    JrCf,?L^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 L$Hx?^3  
    UAsF0&]  
    图2
    QKp+;$SE'  
    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： 'Q:i&dTg  
    V!T^wh;  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Ws-6W!Ib%  
    -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。 ;cv.f>Cm  
     :3KO6/+  
    O.@g/05C  
    图3
    Q`.'-iq  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 n-b>m7O(  
    L6|Hgrj-u  
    图4
    VHXI@UT*  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 A Gv!c($  
    6 gj]y^}  
    图5 dT5J-70Fl  
    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： #4vV%S   
    Op`I;Q #%d  
    图6
    3R5K}ZBi%  
    4.总结 S~+O` y^  
    %04:z77  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 _PK}rr?"7O  
    .:w#&yM [U  
    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。 )l`1)Ea~  
    E% <w5d.lq  
    QQ：2987619807     kCj`V2go  
     
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