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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） !N"Y  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 J A!?vs  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Ah#bj8}  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 MVDEVq0  
    7^bde<0  
    摘要 C] dK/~Z#r  
     S29k IJ  
    3]MSS\uB  
    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。 &[#iM0;)W0  
    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。 "fH"U1Bw  
    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。     o%j[]P@4G  
    p#A{.6Pa:  
    1. 建模任务 QP?eK W9 :  
     caH!(V}6  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ N Ftmus  
    I l2`c}9  
    rP%B#%;S"  
    2. 方法 OK8|w]-A  
     ?j:U<TY)  
    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： 5yl[#>qt  
    e<Bw duy  
     Lnk(l2~U  
    u*"mdL2  
    CO5>Q o  
    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。 P,RdY M06  
    9fhgCu]$  
    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。 oEJYAKN  
     oj$^87KX  
    09_5niaz[  
    SSrYFu"  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 zt3y5'Nk  
    nm}wdel"  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 4+1aW BJ2  
    '.$va<  
    1) 评估最大模式阶数 T*3>LY+bb  
    n-)Xs;`2  
    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： 'h*^;3@*  
    IN!,|)8s  
    d(t$riFX}  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Gm1[PAj  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 !Zi_4 .(4  
    w+_pq6\V  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 =G<i6%(^g  
     ZvVrbj&  
    ;;{!wA+"D  
    FBk_LEcX  
    ibj3i7G?  
    2）设置多模高斯光源 7#pu(:T$  
    lO+6|oF0  
     +=o?&  
    @!np 0#  
    :*<UCn""  
    3) 设置优化函数 }<7S% ?TY  
    dd> qy  
    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)。 MpCK/eiC  
    uW{;@ 7N  
    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。 }@Dgr)*+  
     D *Hy 2eZ.  
    _X/`7!f  
    ]38{du  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 uKF)'gj  
    m]"13E0*x  
    'Z{_w s  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Jv[c?6He  
    ;jZf VRl  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 T=~D>2C  
    }:zTz% _K  
    a. 打开参数优化 XI/LVP,.  
    Bkaupvv9S  
    WETnrA"N  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 7}%Z>  
    1RM@~I$0  
    图2
    %K/zVYGm&  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Hsl0|jy(/  
    H5J1j*P<d  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） At$[&%}  
    -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。 lk/[xQ/  
     tA{B~>  
    VxTrL}{(6  
    图3
    QHmF,P  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 P;7 Y9}  
    @;1Ym\zc  
    图4
    % Ix   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 yR'%UpaE  
    JQ"R%g` 8  
    图5 |J+oz7l?-  
    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： E#A%aLp0E  
    i+XHXpk  
    图6
    P+2@,?9#  
    4.总结 )/mBq#ZS  
    Mep ct  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 15dbM/Gj  
    k[<Uxh%  
    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。 tmVGJ+gz  
    }T1.~E  
    QQ：2987619807     29tih{ xx  
     
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