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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） ]C:Ifh~  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 @BQB NGR1  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 x`|tT%q@l  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 gS o(PW)  
    >~bj7M6t  
    摘要 (j8,n<o  
     v(nQd6;T  
    3b/vyZF  
    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。 ;cHI3V  
    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。 1Qe!  
    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。     C5n=2luI_  
    ^Th"`Av5  
    1. 建模任务  ,8 NEnB  
     M>z7H"jCu  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 25@j2K(  
    {zN_l!  
    /WgWe  
    2. 方法 50hh0!1  
     />I8nS}T  
    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： 59J$SE  
    qN,FX#DP  
     %+W >+xRb  
    -/{}^ QWB  
    jHw2Q8s|R  
    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。 WMl^XZO  
    G(3la3\(  
    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。 w3cK: C0  
     ]mT} \b  
    z7pXpy \  
    +&8Ud8Q  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Q3{&'|}^2  
    `-YSFQ~O,  
    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。 o[W3/  
    ' 1]bjW*!  
    1) 评估最大模式阶数 l5nDt$Ex  
    O,Gn2Do  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： g*imswj7  
    2 3w{h d  
    s3!LR2qiF  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 &bgi0)>  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 3s$.l }  
    ^b. MR?9  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Ui;s.f  
     :R\v# )C  
    !#s7 F  
    jz:c)C&/  
    t? J a q  
    2）设置多模高斯光源 oT{yttSNo  
    RYaof W  
     eE_XwLE  
    wo9f99  
    -)+DVG.t  
    3) 设置优化函数 <&Xq`i/(  
    uL AXN  
    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)。 9?,.zc^  
    lc#zS_  
    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。 nQ3goVRFP  
     eakIK+-21y  
    wcT6d?*5  
    <t@*[Aw  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 dV  
    SnU{ZGR>sP  
    >g2.z>  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） UH|.@7w  
    B`EgL/Wg[  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 1\{F.v  
    RyD$4jk+T"  
    a. 打开参数优化 P?7b,a95O  
    PaJwM%s)L  
    - Sgp,"a  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 R/|{?:r?:x  
    nQmYeM  
    图2
    !S{<Xc'wv  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定：  2oASz|  
    1zW6Pb  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） S,%HW87  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 XePBA J  
     nP31jm+A  
    ^u,x~nPXg  
    图3
    5 Vqvb|  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 *^_!W'T{j  
    zy;w07-)  
    图4
    v}D!  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Vrh],xK7  
    czRh.kz,  
    图5 o#6}?g.  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果：  cf!R  
    k0?6.[ku  
    图6
    &nP rozC  
    4.总结 /d'u1FnA =  
    a-y5\x  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 DBDfB b  
    T7'$A!c  
    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。 ^+<uHd>  
    lh5d6VUA  
    QQ：2987619807      ]plC  
     
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