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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） *pcbwd!/  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 9E->;0-  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 C }h<ldlY  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 D+*uKldS;  
    ]X >QLD0W  
    摘要 k$UzBxR  
     Xa?6#  
    "6I-]:K-  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 W(u6J#2  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 Rk437vQD,  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     oP|pOs\$p  
    r|JiGj^om  
    1. 建模任务 UtW"U0A  
     '?vgp  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ brYYuN|Vc  
    x8SM,2ud  
    wB1|r{  
    2. 方法 Hg gR=>s  
     3zA8pI w  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： ReHd~G9  
    v)C:E9!|  
     Q C\,  
    "a0u-}/D  
    7{kpx$:_  
    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。 bgzT3KZ  
    w{:Oa7_A  
    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。 FkJ>]k  
     e~>p.l  
    V~]'+A q>  
    ard3yNQt  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Vtz yB  
    s5zGg]0  
    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。 (8@h F#N1  
    {g!exbVf  
    1) 评估最大模式阶数 }]39 iK`w  
    #g-*n@ 1  
    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>e3@DQ~  
    z2s|.M]&-D  
    r 0?hX  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1  [A%e6  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 hD6ur=G8u  
    z!1/_]WJ,  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 SqA+u/"j2  
     `!Ge"JB6   
    D|Ihe%w-  
     'QekQ];  
    X>@.-{6T  
    2）设置多模高斯光源 =-Q  
    ~Q$c!=   
     |bG[TOa  
    Ng_rb KXC#  
    8@LykJbP  
    3) 设置优化函数 -MHX1`P:Sn  
    ]=86[A-2N  
    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)。 [y=$2  
    ;FgEE%  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 I 3zitI;  
     lc$@Jjg9  
    *p#YK|  
    G|PIH#  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 l=-d K_ I?  
    &PQ{e8w  
    c@o/Cv  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ;aRWJG  
    A]SB c2   
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ]N(zom_0d  
    ">D(+ xr!)  
    a. 打开参数优化 %dk$K!5D0  
    *l?% o{  
    AZ]SRz9mKY  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 e2h k  
    s<r.+zqW  
    图2
    sm&rR=b  
    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： CO%O<_C  
    "w|k\1D  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） BE2\?q-  
    -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。 a+a%}76N  
     z`r4edk3  
    GLKN<2|2@y  
    图3
    4;c_%=cU  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 7quwc'!  
    7jg(j~tQ  
    图4
    p2NB~t7Z  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Y)j,(9  
    IO&#)Ft  
    图5 $ E~Lu$|  
    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： HG3>RcB  
    CD<u@l,1  
    图6
    'm!1 1Phe  
    4.总结 wPO@f~[Ji  
    e/% ;  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 36Z`.E>~L  
    VX>t!JP p  
    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。 % /4_|@<'  
    +q=jB-eIx  
    QQ：2987619807     .HyiPx3^  
     
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