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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） YiuOu(X  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 FqxOHovE  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ,M&0<k\  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 $ cK B+}  
    U<Y'.!  
    摘要 F` 5/9?;|  
     fsc~$^.~\  
    -xu.=n@,  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 @n X2*j*u  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 <lmJa#  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     niEEm`"  
    tW:/R@@  
    1. 建模任务 \ e8*vos  
     6q[!X0u  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ #K1BJ#KUt  
    % rY8  
    -f2`qltjb  
    2. 方法 50GYL5)q  
     kqvJ&7  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： u%1k  
    o-=d|dWG  
     hAr[atu87  
    @Du}   
    EKd3$(^   
    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。 a!y,!EB+Qu  
    sp Q4m  
    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。 #O9*$eMw  
     uWB:"&!^  
    B+e_Y\B u  
    *Iwk47J ;a  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Dyk[u g5  
    wz*A<iU  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 }\939Y  
    zRy5,,i5=[  
    1) 评估最大模式阶数 3']:1B  
    &[ u6oAR  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： n;kciTD%wK  
    W-!Bl&jF[  
    ,M@m4bx  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 |pH* CCA  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 s1Tl.p5  
    /iTUex7T  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 @nx}6?p\,  
     l!;_lH8W$  
    K Z!N{.Jk  
    ;o)=XEh8P  
    EID)o[<  
    2）设置多模高斯光源 HZDaV&)@  
    }(+=/$C"#  
     6L8tz 8  
    K=c=/`E  
    d{2 y/  
    3) 设置优化函数 YBtq0c  
    J+@MzkpK  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 {\svV 0)~  
    c}IX"  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 GSGyF  
     \,l.p_<  
    [+%d3+27  
    m@G<ZCMZ  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 AB2mt:^  
    Q7 uAf3  
    &e-#|p#v  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） >[|GC/C  
    :dY.D|j*  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 29a_ZU7e6  
    ~KAp\!,  
    a. 打开参数优化 HPtTv}l  
    %tzN@  
    ?qg^WDs$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 8h&oSOkQk,  
    &G-#*OG  
    图2
    lh,ylh  
    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： ka5#<J7<p  
    5)d,G9  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 1V|< 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。 &'5@azU  
     }BI~am_  
    Gur8.A;Y  
    图3
    mL:m;>JJ n  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 AI1@-  
    ; x:k-s2-  
    图4
    +cz"`T`X 2  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 cWN d<=Jp  
    wr$cK'5ZL  
    图5 @Jb@L  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： /d0Q>v.g  
    IajD;V  
    图6
    9J~:m$.  
    4.总结 )XLj[6j0  
    ?^%YRB&  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 pN\)(:"8v  
    $}qDV> qo  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 = EQN-{#  
    H$z>OS_6U  
    e >L5.~i  
    QQ：2987619807     q';&SR#"`K  
     
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