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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） kA.U2  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ?IN'Dc9&%-  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 kVmR v.zZ  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 2uCw[iZM  
    thU9s%,  
    摘要 6D\$K  
     dCb7sqJ%  
    4ZUTF3  
    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。 04j]W]8#  
    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。 u# TNW.  
    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。     AT:L&~O.  
    gR\z#Sg  
    1. 建模任务 +!~"o oQZh  
     Tqf:G4!  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ O|} p=ny  
    mi';96  
    `iQ])C^d  
    2. 方法 w *pTK +  
     ; _K3/:  
    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： hl/) 1sOIR  
    sk%Xf,  
     ufF>I  
    4@mK:v %  
    =#Z+WD-E  
    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。 3|0wD:Dy  
    m ?e::W  
    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。 : MEB] }  
     e0$.|+  
    E]P7u"1  
    Ql1J?9W  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ufi:aE=}  
    1RgERj  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 D#k ~lEPub  
    <r1/& RW,  
    1) 评估最大模式阶数 h}U>K4BJ  
    \zT{zO&!  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 3sK^ (  
    1\X_B`xwD  
    V<i_YLYmJe  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Y-s6Z \  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 wVmQE  
    *%ta5a  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 }Pm; xHnf&  
      3+/^  
    VeipM  
    _u9bZ'  
    zN&m-nrw  
    2）设置多模高斯光源 re x MS  
    !"LFeqI$lr  
     +Ym#!"  
    ^4~?]5Y\  
    -y'tz,En.  
    3) 设置优化函数 }3/|;0j$  
    9 >"}||))  
    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)。 O9P4r*prA  
    4g)$(5jI}  
    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。 Y M,UM>  
     m2\[L/W]  
    +&4@HHU{G  
    rM`z2*7%d  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2@Zw#2|]  
    RDOV+2K  
    ~[Z(6yX  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） hiEosI C  
    n+1`y8dy  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 v@,`(\Ca'  
    0O?\0k;o  
    a. 打开参数优化 "9#hk3*GqX  
    }p>l,HD  
    20w4 '@sq  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 T[- %b9h>  
    Dn48?A[v  
    图2
    6t{G{ ]  
    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： p+;;01Z+_  
    o0_H(j?  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ;o?o92d  
    -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。 #G\Ae:O  
     u`"Y!*[ -  
    ao"Z%#Jb~  
    图3
    7|k2~\@q  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 0v|qP  
    ]Na;b  
    图4
    N>w+YFM  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 i(4.7{*  
    XCT3:db  
    图5 r_MP[]f|0  
    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： 63'L58O  
    3uL$+F  
    图6
    y]g5S-G  
    4.总结 U45-R -  
    .Ms$)1  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 @QDUz>_y  
    mr,G H x  
    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。 #n+sbx5~7  
    a1x].{  
    QQ：2987619807     2RdpVNx\y  
     
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