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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） 5Q W}nRCZ  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 V C-d0E0  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 L_~8"I_  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 YlTaN,?j  
    5X#E@3g5  
    摘要 >{wuEPA  
     "N 3)Qr  
    `rlk|&T1  
    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。 7/aOsW"6  
    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。 Q,gLi\siI  
    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:i"  
    22&;jpL'?  
    1. 建模任务 YHB9mZi  
     1Ipfw  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ E"6X|I n  
    QTH7grB2v  
    `:p1&OS  
    2. 方法 .XS9,/S  
     rQb7?O@-  
    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： U<^F4*G  
    -_em%o3XC  
     }gv8au<  
    jo9gCP.  
    XogVpkA  
    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。 s2REt$.q  
    =n+ \\D  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 XKS8K4"  
     pDl3!m  
    v-Qmx-N  
    e2cP *J  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 T^:fn-S}=  
    |ZiC`Nt  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 e#S0Fk)z  
    <%P2qgz5  
    1) 评估最大模式阶数 b?T  
    >/=> B7  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： G^;>8r  
    y >+mc7n  
    ^5; `-Ky  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Nd@~>&F  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ,|h)bg7.  
    oM1Qh?  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 NxA)@9Q  
     Iz@)!3h  
    T.m mmT  
    >V$ Gx>I  
    VIJ<``9[  
    2）设置多模高斯光源 ?LK 2g  
    [p;E~-S  
     y[?-@7i  
    SF[FmN!^^  
    )]htm&q5  
    3) 设置优化函数 aZ|=(]  
    sN6N >{  
    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)。 Wwujh2g"0|  
    5jxQW ;  
    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。 p-SJ6Gg 9  
     / JkC+7H4  
    U#&7p)4(  
    tmUFT  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2lVHZ\G  
    YXo|~p;=Y  
    v <Kmq-b  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Bi,;lR5  
    ({WyDu&=  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 $%R$ G`.KM  
    u8GMUN  
    a. 打开参数优化 P [Uy  
    Z|" p*5O,  
    *+)AqKP\Kv  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 UMl#D >:C<  
    <FI-zca  
    图2
    ]n."<qxeT  
    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： qMt++*Ls  
    B=8Iu5m  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） *^%Q0mU[  
    -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。 DwHF[]v'  
     4;`oUt'.  
    O3DmNq$dz  
    图3
    @f]{>OS  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 y\dEk:\)  
    W6H,6v  
    图4
    r$Co0!.  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 lKZB?Kk^w\  
    ~vlype3/EF  
    图5 8{`?= &%6  
    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： %1}K""/  
    . 8N.l^0,  
    图6
    om?-WJI  
    4.总结 =0uAE7q(9  
    <S?ddp2  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 8#!i[UF dj  
    e@:sR  
    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。 `\Hf]b  
    w2_bd7Wp<  
    QQ：2987619807     nWQ;9_qBB  
     
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