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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） J(&a,w>p  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 y@!kp*0  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 _J}vPm  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 VU>s{_|{  
    8e_ITqV%  
    摘要 $~,]F  
     BS}uv3  
    a ^+b(&;k  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 Q7PqN1jTE  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 oL'  :07_  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     }<Y3 jQnl  
    .^s%Nh2jM  
    1. 建模任务 4i'2~w{/  
     ^0t81,`  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 54 8w v  
    [MM11K  
    +nKxSjqI  
    2. 方法 %v++AcE  
     7{oG4X!  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Z@j$i\,`  
    Hl&]r'bK  
     LyA=(h6  
    7`3he8@ze  
    ;FYiXK%  
    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。 ]2Aqqy  
    i3 k ',8  
    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。 bHcb.;<  
     ;8sEE?C$g  
    5Am*1S^  
    /Ny/%[cu  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 BY: cSqAW  
    fU~>A-P  
    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。 vO" $Xw  
    F0Xv84:O  
    1) 评估最大模式阶数 d87pQ3e:&  
    <wTkPErUG  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： <PkDfMx2  
    FK!9to>  
    Ai iOs?  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 EAFKf*K=  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 57+^T}/>  
    hD58 s"L$  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Jg|3Wjq5  
     nZQZ!Vfj  
    iXC/? EK4  
    Q>}I@eyJ  
    *n?6x!A  
    2）设置多模高斯光源 =_cWCl^5  
    "/hs@4{u9  
      6" 3!9JC  
    rjU $*+  
    'rf='Y  
    3) 设置优化函数 BU:s&+LYUv  
    A"eT @  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 _}Jz_RS2`  
    UR-e'Z&]  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ZvNXfC3Ia  
     T4Z("  
    ]5td,2E C  
    W5:S+  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 A'|W0|R9  
    I?-9%4 8iM  
    .(;k]U P  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） k` (_~/#  
    L0|Vc9  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 oG@P M+{  
    6?}8z q[  
    a. 打开参数优化 Q+G=f  
    KUH&_yCRB  
    Q*$x!q  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 !l6B_[!@  
    O0b8wpF f  
    图2
    K r]!BI?z  
    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： jopC\Z  
    P9`i6H'~  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） RW>Z~Nj  
    -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。 !^q<)!9<EO  
     RWTv,pLK  
    XNu2G19jb  
    图3
    Q'~;RE%T  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Bb:jy!jq_  
    u# =N8  
    图4
    Kt}dTpVFr  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 >)N,V;j  
    Y/Y746I  
    图5 P'ZWAxd  
    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： _Zf1=& U#/  
    %I Y-0\  
    图6
    3)0*hq&83  
    4.总结 "c\T  
    FIU( 2  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 by6E "7%  
    *+p'CfsSka  
    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。 b@,=;Y)O  
    _,F wt  
    uc7np]Z  
    QQ：2987619807     ={maCYlE.  
     
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