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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    离线infotek
    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） <*(^QOM  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 dTjDVq&Hz  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 LXqPNVp#  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 9l(T>B2a  
    F?^L^N^  
    摘要 ALj~e#{;z  
     :V1j*)  
    u}b%-:-  
    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。 #a9O3C/MP  
    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。 (x fN=Te,-  
    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。     " T9UedZ  
    kH8/8  
    1. 建模任务 .,20_<j%=  
     k!Q{u2  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ IC?(F]$%>  
    2RQ- L  
    WdH/^QvTP  
    2. 方法 C;j& Vbf  
     IVY)pS"pR"  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Re&"Q8I.8  
    gB~^dv {  
     Evd|_W-  
    (zh[1[a  
    0(*L)s,5  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 wZs 2 aa  
    f ,4erTBH  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 tv26eK 38  
     QFMA y>Gdn  
    H8B$# .  
    "Kdn`zN{  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 :AS`1\ C  
    em'ADRxG+  
    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。 `XpQR=IOMb  
    S*$?~4{R  
    1) 评估最大模式阶数 SnR2o3r-Of  
    4Y$\QZO  
    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： a ydNSgu  
    G:p85k `  
    &7oL2 Wf  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 +FAj30  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 lPI~5N8  
    JJM<ywPGp  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Px&_6}YWy  
     P:t .Nr"  
    }z x ~  
    3 ye  
    Rq%Kw > {&  
    2）设置多模高斯光源 |?s sHW  
    ?*%_:fB  
     5|nc^ 12  
    r4fHD~#l{  
    P.qzP/Ny  
    3) 设置优化函数 #K6cBfqI  
    P/dnH  
    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)。  RQb}t,  
    V*{rHp{=p  
    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。 [IQ|c?DxpL  
     hd u2?v@  
    @J"tM.  
    ~y2zl  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 -X~mW  
    =jJEl=*S  
    )muNfs m  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） !~Uj 'w  
    BUJ\[/  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 _BmObXOp.  
    lU%}_!tp3/  
    a. 打开参数优化 =I'3C']Z W  
    6FQi=}O1  
    {@^;Nw%J  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 PmRvjSIG  
    XS[L-NHG  
    图2
    . \"k49M`  
    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： U8w_C\Q  
    <aJQV)]\  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） iU;e!\A  
    -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。 +t+<?M B  
     0(D^NtB7  
    u] };QR  
    图3
    RhH 1nf2UR  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 a+E&{p V  
    &~ y)b`r  
    图4
    /.Ak'Vmi  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 *[3xc*5F/A  
    ]~KLdgru_  
    图5 l9Ir@.m  
    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： #Ub_m@@ 4  
    S{rltT-  
    图6
    .h7s.p?  
    4.总结 CwA_jOp  
    2gPqB*H  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 qW0:q.   
    .B# .   
    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。 fkBL`[v)4  
    6<._^hyq  
    QQ：2987619807     4hL%J=0:  
     
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