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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） Ot`jjZ&  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 T4F}MVK  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Ky[/7S5E  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 =;9Wh!{  
    (>%Ddj6_>  
    摘要 LsS/Sk  
     kVCS FF*  
    u I}S9  
    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。 Eg FV  
    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。  I QS|  
    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。     :MV]OLRM  
    7  g8SK  
    1. 建模任务 'p80X^g  
     +^iUY%pm  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ No=Ig-It  
    \SHYwD}*Pr  
    NIY0f@1z-  
    2. 方法 @0;9.jml,  
     8$io^n\i  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： h \hQ  
    V<$g^Vb  
     rUvqAfE&+  
    u-=S_e  
    G|Yw a=  
    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。 d+[yW7%J  
    $]<CC`  
    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。 tKjPLi71  
     3;zJ\a.+  
    -v'7;L0K  
    mL?9AxO  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 KJo [!|.  
    9x0B9&  
    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\(4y Gj  
    E ~<SEA  
    1) 评估最大模式阶数 ;nyV)+t+a  
    9<I@}w  
    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： QXY-?0RO#  
    #o SQWC=T  
    G"T)+! 6t  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 PspH[db  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 A,ttn5Sh?  
    6;60}y  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 'S@%  
     @>,3l;\Zh  
    &?IOrHSv!  
    8>RGmue  
    Oh9wBV  
    2）设置多模高斯光源 6a[D]46y,2  
    ,>A9OTSN\  
     ;{ u{F L  
    iT1"Le/N  
    !MS z%QcO  
    3) 设置优化函数 PX65Z|~>_  
    <6Q]FH!6  
    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)。 O`~G'l&@T  
    */sVuD^b`  
    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。 wv>Pn0cO  
     7}(wEC  
    l~!Tnp\M  
    ;n$j?n+|  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 fQi7e5  
    $9Ho d-Z1  
    $6}siU7s4  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） t uo'4%]i  
    m8,P-m  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 7Oe |:Z  
    O Ul+es  
    a. 打开参数优化 1dh_"/  
    x tg3~/H  
    '31pb9@fH  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ny%-u &1k  
    IE.JIi^w  
    图2
    U~-Z`_@^-  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： 4SCb9| /Q  
    O|m-Uz"+  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） z=<x.F  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 wvvMesX<L  
     } R!-*Wk  
    REDh`Wd  
    图3
    ,uqSq  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ?1?D[7$  
    nF0$  
    图4
    =;!C7VS  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 km,}7^?F0r  
    ~j}di^<{  
    图5 c) Zid1  
    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： jG)fM?  
    vT"T*FKh:  
    图6
    ?&EPZqI  
    4.总结 B;9X{"  
    KGd L1~  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 *L7 ZyERs  
    %>`0hk88  
    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。 LL|$M;S  
    +Wh0Of  
    QQ：2987619807     O&!>C7  
     
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