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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） wTBp=)1)f  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 7T \}nX1  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 YKbR#DC\  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 SdF*"]t  
     S5RQ  
    摘要 E7E>w#T5  
     "y@B|  
    \& 6  
    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。 D@T>z;  
    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。 M~Tq'>Fn  
    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。     )ymd#?wq  
    FilHpnQCt  
    1. 建模任务 i>gbT+*E!  
     +.UdEIR";M  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 0tVZvXgTu  
    A@^e 4\  
    BR5r K  
    2. 方法 9kj71Jp&}  
     =>".  
    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： y~_wr}.CS  
    Y2i:ZP  
     aML?$_6  
    Y>z~0$  
    $<c0Z6f  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 yRaB\'  
    A$G>D3  
    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。 \`?l6'!  
     tiJY$YqA  
    f,Vj8@p)x  
    0sW=;R2  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 i,>yIPBU!  
    dwOB)B@{H  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ,yW BO  
    c%Y%c2([  
    1) 评估最大模式阶数 ,.Ac= "f  
    F8S -H"  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： Y85M$]e,  
    _+%RbJ~H  
    zrYhx!@  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 7c|8>zES:E  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 9:N@+;|T  
    \O 9j+L"  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 t-gg,ttnA  
     Iy8>9m'5  
    Rk8>Ak(/  
    ML?%s`   
    zJNiAc  
    2）设置多模高斯光源 Y3G$(+i8  
    w[@>k@=  
     :JW!$?s8H  
    n@[&SgZq  
    ,w%cX{  
    3) 设置优化函数 4;@|tC|u  
    86!"b  
    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)。 t3!?F(&  
    K:&FWl.  
    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。 `HXP*Bp#  
     $@kGbf~k  
    kBYZNjSz  
    *x3";%o  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 G+?@4?` z  
    cRBdIDIc  
    '6Dt@^-PZ  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） uKF?UXc  
    ,Oojh;P_  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 !HyPe"`oL  
    +-~hl  
    a. 打开参数优化 z,/0e@B >  
    e R"XXF0u  
    9B &QY 2v  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 e _\]Q-  
    rJi;"xF8  
    图2
    AA&398F  
    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： i1RU5IRy|j  
    +!9&E{pmo  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） m~Q]#r  
    -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。 MkJ}dncg*  
     ~#3h-|]*  
    N\XZ=t^h(  
    图3
     hM   
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 [9S\3&yoh  
    C 9IKX  
    图4
    F?=(4Pyvu  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 /5M@>A^?'  
    Z'c{4b`N  
    图5 t/z]KdK P  
    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： &Npv~Iy  
    jR<yV  
    图6
    zh7#[#>t  
    4.总结 - Z?rx5V;t  
    X51pRP $R  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 `c@KlL*!Q  
    ]Hk8XT@Q+  
    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。 Qd"{2>  
    "5Oi[w&F5  
    !Irmc*;QE  
    QQ：2987619807     g0t$1cUR  
     
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