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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） $@(+" $  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 TY6Q ;BTU  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 DqGm  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 .8EaFEd  
    Tweku}D7  
    摘要 yvp$s  
     B6#^a  
    !O }^Y  
    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。 #.^A5`k  
    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&A^(z}  
    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。     VuWBWb?0Q  
    Td/J6Q9 0  
    1. 建模任务 ^>ICycJ  
     {WoS&eL  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ \T]'d@Wyd  
    \DC0`  
    +<o}@hefY2  
    2. 方法 jZ\a:K?  
     M6o"|\  
    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： E +!A0!1  
    70BLd(?  
     |qFCzK9tD/  
    nA?Ks!9T  
    gONybz6]  
    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。 $]t3pAI[H0  
    "|KhqV=?v  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 /\0g)B;]  
     7`_`V&3s  
    J70r`   
    dFVx*{6  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 6A23H7  
    8.m9 =+)8  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 FZ~^cK9g:  
    ZGZ1Q/WH  
    1) 评估最大模式阶数 6k-  
    Q^! x8oUF  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： UHT2a9rG  
    O; #qG/b1  
    '`nf7b(  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 mx3p/p  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 D@ 4sq^|2  
    [.j&~\AG  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 _ ,~D]JYE  
     dn}'B%  
    >#Ue`)d`aY  
    .Gq]Mrim9G  
    ~,O&A B  
    2）设置多模高斯光源 o@47WD'm  
    eOUv#F  
     3s B9t X  
    E,p4R%:$@1  
    *mtS\J  
    3) 设置优化函数 yYN_]& ag  
    M>_ U9g  
    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)。 m:x<maP# E  
    Oz-;2   
    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。 $WICyI{$  
     Mv\]uAT`  
    &X&msEM  
    F*TkQ\y  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 i8|0zI  
    bJ5 VlK67R  
    |$+ xVi8  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） @T@lHc  
    `*-rz<G  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 >1S39n5z.  
    }>$3B5}  
    a. 打开参数优化 O f.%rpgy  
    uG,*m'x']  
    -?vII~a9y  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Q.i_?a  
    q)Qg'l^f  
    图2
    Gk-49|qIV  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Z%$ tV3a?  
    fq4[/%6,O  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 2qpUUo f  
    -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。 )PCh;P0C  
     iOXsj  
    v4Mn@e_#c  
    图3
    NnTAKd8  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 N.F //n  
     4"~F  
    图4
    Gc*p%2c  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Wi<g  
    P TMJ.;  
    图5 _>RTef L5  
    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： D/&nEMp6  
    UiQF4Uc"  
    图6
    m TgsvC  
    4.总结 K'U8ft*_  
    +[Bl@RHe^  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 u{8:VX  
    2#)z%K6T  
    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。 gn)>(MG  
    6Ij'z9nJw  
    E'+?7ZGWj  
    QQ：2987619807     ;/ASl<t,  
     
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