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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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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） 1{fwr1b  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 HDae_.  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 77bZ  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 !kk %;XSZ  
    @x>$_:]  
    摘要 Q17o5##x7  
     1 0Tg > H  
    i!+3uHWu`)  
    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。 p/^\(/\])  
    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。 D 5wR?O  
    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。     HBf8!\0|/  
    `] dx%  
    1. 建模任务 OTjryJ^  
     ,I:m*.q  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ tH|Q4C  
    CFrHNU  
    Vh[o[ U  
    2. 方法 Rb>RjHo S  
     vgbjvyfN  
    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： ~b<4>"7y.  
    1AEVZ@(j7  
     aD3F!Sn  
    VNEZBy"F  
    \f Fy$  
    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。 t=\[J+  
    z&J ow/  
    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。 Mh/>qyS *2  
     `g:^KCGMM  
    #1hz=~YO  
    byxehJ6[V  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 o0+BQ&A)s*  
    Y\9*e5?`I3  
    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$!p+Q  
    <|.! Px86  
    1) 评估最大模式阶数 lNeF>zz  
    5z mHb  
    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： ='||BxB  
    K1{nxw!`  
    ?RAR  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *RE-K36m|u  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 `} Zbfe~  
    r@ *A   
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 +=04X F:  
     ymVd94L  
    U;dt-3?=.h  
    >{) #|pWU  
    yacGJz^f=  
    2）设置多模高斯光源 ;Sl0kSu  
    UNLNY,P/!)  
     mSw?iL  
    bc}OmPE  
    'Mhdw}  
    3) 设置优化函数 ${,eQ\  
    R6o<p<fTh  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 )KQv4\0y<  
    >w#3fTJ  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 dnc!=Z89  
     _ll aH  
    [|O6n"'  
    y:zT1I@>  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 b'"%   
    -"fq34v  
    [ +@<T)  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） zk~rKQ,  
    |3o@I uGt  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 BFu9KS+@)  
    `l#$l3v+  
    a. 打开参数优化 #{cpG2Rs  
    O*CX@Ne  
    {!bJ.O l  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 {NqGWkGt*b  
    [zd-=.:+M[  
    图2
    3YF]o9  
    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： A'R sy6  
    IoX 9yGq  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） \uIC<#o"N  
    -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。 lhODNWi  
     Z6ex<[`I  
    3<E$m *  
    图3
    gZ  Si\m>  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Vs(Zs[  
    _j tS-CnO  
    图4
    L,GtIZkE  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 IKp x~  
    z:7F5!Z  
    图5 }#^F'%zf  
    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： Qt39H@c|z~  
    `t2! M\)  
    图6
    @C)h;TR  
    4.总结 "7/YhLq7  
    h"S/D[  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 X;RI7{fW%X  
    :HQ/vVw'"9  
    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。 C(+BrIS*  
     e n":  
    QQ：2987619807     h:90K  
     
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