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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: 2020-12-22
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） Y~-y\l;Tr  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ~0a5  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 %,kP_[!>Q  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 M  9t7y  
    6 :] N%  
    摘要 X,7y|tb  
     xi=ApwNj  
    kg[%Q]]  
    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。 6'r8.~O  
    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。 $/++afi m  
    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。     ~ELMLwn.  
    'J|)4OG:  
    1. 建模任务 QEhn  
     :TH cI;PG8  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ W]9*dabem  
    a>'ez0C  
    50W+!'  
    2. 方法 :"\,iH  
     l@4_D;b3o"  
    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： sUZA!sv  
    I6W`yh`I)  
     B7C3r9wj  
    9CY{}g  
    -n|bi cP  
    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。 +jGHR& A t  
    *1b|j|5v  
    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。 wA=r ]BT  
     n qcq3o*B  
    {LO Pm1K8Y  
    (^d7K:-'  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Tlsh[@Q  
    1F^Q*t{  
    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。 q@|+`>h  
    Km` SR^&\  
    1) 评估最大模式阶数 ~~tTr $  
    ~t`^|cr|  
    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： LL^KZ-  
    Jz}nV1G(jz  
    $MQ}+*Wr  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Ps!MpdcL3  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 B0fOAP1  
    KA5)]UF`l  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 J D\tt-  
     RP4/:sO  
    yn4T!r "  
    H U|.5tP  
    (vs<Fo|]  
    2）设置多模高斯光源 ^SdF\uk{?6  
    ^\\3bW9}H  
     pP. _%5  
    lvs  XL  
    QU"WpkO  
    3) 设置优化函数 > H!sD\b  
    ;H_/o+  
    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)。 X'Ss#s>g  
    bx0.(Nv/X  
    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。 N9e'jM>Oos  
     w?Te%/s.  
    6j<9Y  
    QQ*sjK.(  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 {%V(Dd[B6  
    RJrz ~,}  
    PobX;Z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） LK^|JEu  
    1Ms[$$b$  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 j]Auun  
    p8 rh`7  
    a. 打开参数优化 Wv;0PhF  
    a~$XD(w^  
    Pf*6/7S:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 D tsZP (  
    8:ubtB  
    图2
    `c`VIq?  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： mxa~JAlN_  
    vwCQvt  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） )`u17 {  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 (`x_MTLL  
     DiCz%'N  
    %( )d$.F  
    图3
    aO6\ e>  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Y"Cf84E  
    P}bIp+  
    图4
    Y-VDi.]W  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 x.SfB[SZ  
    y7Po$)8l  
    图5 d t/AAk6  
    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： &,X}M  
    om3 %\  
    图6
    3]Z1kB  
    4.总结 8fC4j`!  
    nzq   
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 2M %j-yG"  
    mypV[  
    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。 sS D8Sx/  
    "TZq")-  
    S|85g1}t  
    QQ：2987619807     lZFu|(  
     
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