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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） pvcD 61,  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 w%`7,d u|  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 x|1OGbBK  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 uNLA/hL+n  
    g_-Y- .M  
    摘要 cE[4CCpy  
     yV_aza  
    2jaR_` `=:  
    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。 rBT#Cyl  
    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。 \|Us/_h  
    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。     Z}WMpp^r  
    >NK*$r8  
    1. 建模任务 s:6H^DQ"C  
     l&[x)W  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ (Y:5u}*Y  
    #5=Yg5   
    IL&Mf9m  
    2. 方法 H71LJfH  
     YiB^m   
    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： *i&ks> 4N  
    ([^1gG+>J  
     jq%Qc9y  
    +%oXPG?  
    'tklz*  
    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。 KP%A0   
    Qv|A^%Ub!  
    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。 ;3 O0O  
     ]haZT\  
    4uwI=UUB  
    %;~Vc{Xxt/  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 UXvUU^k"v  
    H)ud?vB6  
    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。 I& DEF*  
    ]-&A )M6  
    1) 评估最大模式阶数 RNiFLD%5  
    w9G (^jS6  
    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： jEo)#j];`<  
    JUHmIFjZ  
    K)QM xn  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 9'Le}`Gf  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 )w4i0Xw^C:  
    >^=up f/  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 &gR)Y3  
     ]ri5mnB  
    !:]CKbG  
    GHWi,' mr  
    [3"k :  
    2）设置多模高斯光源 aJdd2,e  
    MAb*4e#  
     9J+ p.N  
    zk#"n&u0  
     d|;S4m`  
    3) 设置优化函数 /H3z~PBa  
    Pq u]?X  
    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)。 0n<>X&X  
    mE\sD<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。 6?i]oy^X]p  
     @G,pM: t  
    iI.pxo s  
    j*Uz.q?  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 tpPP5C{  
    $lVR6|n  
    o^+2%S`]  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） rZ'&'#Q  
    PDQEI55  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 kD;1+lNz  
    &YpViC4K.  
    a. 打开参数优化 VW&EdrR,S  
    6Ft?9 B(F:  
    08czP-)OZ  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 E mG':K(  
    lDsT?yHS`Z  
    图2
    C-)mP- |8  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ``mnk>/  
    iq1HA.X(  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 7M8oI.?C|  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 fab. %$  
     Jt ++3]  
    ?qC6p|H  
    图3
    nSy{ {d  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 >^:*x_a9  
    #ME!G/  
    图4
    c~``)N  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 I-Q@v`  
    aC90IJ8^  
    图5 ~F"<Nq  
    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： Ah 2*7@U  
    #)r^ZA&E  
    图6
    qPQ6`rD\  
    4.总结 +P! ibHfP  
    VdL*"i  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 f`<elWgc"  
    kz_gR;"(Z  
    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<6 Er>s  
    !\< [}2}  
    QQ：2987619807     YY zUg  
     
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