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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 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） sXmZ0Dv  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 #3L=\j[ y  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 2Y+8!4^L a  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ` s}v6  
    ~Xf&<&5d T  
    摘要 yzml4/X  
     ZYBK'&J4m  
    fV` R7m.  
    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。 }&o*ZY-1  
    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。 g3i !>  
    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。     !{L6 4qI  
    ;h }^f-  
    1. 建模任务 6J\Yi)v<  
     e+ZC<Bdh  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ sT^^#$ub  
    X[XSf=  
    #$qhxYyd  
    2. 方法 zg3q\ ~  
     <^Hh5kfS'  
    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： 6 s+ Z  
    j})6O!L.  
     9bpY>ze  
    m;v/(d>  
    &f\ng{  
    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。 jx=2^A/i2-  
    b ~Qd9 Nf  
    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。 <.d0GD`^  
     KL4Z||n  
    "ct_EPr`  
    e:BKdZGW  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Cu%|}xq  
    );$L#XpB  
    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。 0 w"&9+kV  
    <3!jra,h  
    1) 评估最大模式阶数 |!\(eLR9>  
    JvHGu&Nr!  
    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： UeVRd  
    ypuW}H%`  
    *lN>RWbM%  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 | Wrf|%p  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 t._W643~  
    ;UU+:~  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 N[~"X**x  
     h5bQ  
    m|O7@N  
    K4vl#*qn  
    a9ab>2G?FR  
    2）设置多模高斯光源 ,R j{^-k  
    NhxTSyT"t  
     +G3&{#D ?  
    0ih=<@1K  
    g`jO  
    3) 设置优化函数 gE/O29Y  
    )w8h2=l  
    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)。 4Lx#5}P  
    nQc]f*  
    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。 k,xY\r$  
     qbjLTE=  
    R4<}kA,.  
    +8FlDiP  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ZJ} V>Bu-  
    _|x b)_  
    9S0I<<m  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） a;Q6S  
    qV$\.T>x  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 R=IZFwr  
    'IweN  
    a. 打开参数优化 C@` eYi  
    r00 fvZyK  
    -{i;!XE$SR  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 R 2uo ZA,  
    SU.T0>w  
    图2
    V:rq}F}  
    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： 5!r?U  
     ZqQJFyV*  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） /O1r=lv3Z  
    -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。 )+c4n]  
     /s3AZ j9  
    9 ve q  
    图3
    gG0P &9xz  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 +A 6xY  
    ve2GRTO^aC  
    图4
    >-YPCW  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 U+t|wK  
    )6#dxb9  
    图5 bv`gjR  
    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： KH)(xB=  
    0wV!mC  
    图6
    V-U,3=C  
    4.总结  $9dm2#0d  
    0 !yvcviw  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |;o#-YosP  
    'f9 fw^  
    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。 .7TQae%  
    i $H aE)qZ  
    QQ：2987619807     TJ3CXyRq  
     
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