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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） @#A!w;bz  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 7$K}qsr<  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 5|5=Y/   
    许可证：CC-BY-SA 3.0 (p^S~Ax  
    O 3G:0xF  
    摘要 !1("(Eb  
     'w:bs!  
     $<:'!#%  
    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。 gbJG`zC>U  
    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。 Y!F!@`%G  
    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。     &h\7^=s.  
    whw{dfE  
    1. 建模任务 GZ <nXU>  
     XYMxG:  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ RFB(d=o5S  
    IOX:yxj  
    o7J{+V  
    2. 方法 EPv%LX_j  
     '\ XsTs#L  
    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： sx:Hv1d  
    3Mur*tj#  
     G#|Hu;C6"  
    $Vsy%gA<  
    J,9%%S8/C  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 X'jr|s^s  
    7r['  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 fwy"w  
     :1*zr  
    &lUNy L  
    Hl/7(FJqc>  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 {79qtq%W{  
    1!d)PK>1$  
    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。 sSz%V[X WL  
    =D}4X1l  
    1) 评估最大模式阶数 ",T` \8&@e  
    ETe-  
    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：  tq0;^L  
    lYP~3wp99  
    !:dL~n  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Qne0kB5m  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]H>+m 9  
    Jl_~_Z  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 LZ4xfB (  
     bb}?h]a   
    h07eE g  
    t{6ap+%L  
    #cO+<1  
    2）设置多模高斯光源 'u1=XX h  
    N2[jO+6  
     !VFem~'d  
    bs BZ E  
    Fe5jdV<  
    3) 设置优化函数 A=y"x$%-_  
    -,|ha>r  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 jWSb5#Pw  
    ^4 8\>-Q\  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 <XvYa{t]{  
     S~> 5INud  
    # ) `\!)?  
    GQ[pG{ _+  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 [Y$V\h=V  
    z&>|*C.Y  
    p1~*;;F  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） wFb@1ae\  
    '#<> "|  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 1 }nm2h1 I  
    `s%QeAde  
    a. 打开参数优化 'in@9XO  
    5 q65nF  
    cQn)^jx=  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 "wINBya'M  
    A0>x9XSkJ  
    图2
    )88nMH-  
    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： 0bSz4<}  
    3~<}bee5|q  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） G0/>8_Q>Nr  
    -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。 (u9Zk~)F  
     JGgxAd{L  
    c3#q0Ma  
    图3
    6c &Y  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Hk9U&j$  
    7wi%j!  
    图4
    'F7VM?HBfg  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 !^L-T?y.2  
    ] D6|o5  
    图5 k!owl+a   
    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： GO~k '  
    N,|r1u9X#  
    图6
    $:;%bjSI  
    4.总结 rN#\AN  
    ?wCs&tM  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 *<q4S(l  
    Y`^o7'Z2^P  
    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。 ~-<:+9m  
    KTv4< c]  
    QQ：2987619807     JJ-i_5\q  
     
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