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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） Xb^\{s?b  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 w ^<Y5K  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ){YPP!8cI  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 M?cKt.t  
    Y6L+3*Qt  
    摘要 U[A*A^$c}  
     OaCL'!  
    '-i tn  
    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。 5&X  
    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。 "]_|c\98  
    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。     3K?0PRg  
    y9*H  
    1. 建模任务 +cV!=gDT  
     7 $9fGo  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ oyr2lfz*  
    HJJ ^pk&  
    >|Jw,,uf  
    2. 方法 :x{Q  
     4{vd6T}V!  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： +1)C&:  
    f0D Ch]  
     40#KcbMa|  
    -8tA~;p  
    xapkhIW2\  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 @zJI0_Bp  
    =O;SXzgE  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 I }/Oi]jA6  
     <y.D0^68  
    w@: ]]R  
    ^X&9"x)4  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 X#3<hN*v  
    z$Nk\9wm  
    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。 pt4xUu{  
    *cf"l  
    1) 评估最大模式阶数 vfv5ex(  
    r6$=|Yto  
    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： %7d"()L  
    *.*:(7`  
    -Y[-t;  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 4 P;O8KA5y  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 }-L@AC/\#  
    2 T3DV])Q  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 =P#!>*\ar  
     yQA[X}  
    (Z$6J Nkz  
    Nb#7&_f=  
    V1:3  
    2）设置多模高斯光源 P\ s+2/  
    Eo Urc9G2  
     w3w*"M  
    vf yv a  
    A pjqSz"  
    3) 设置优化函数 0l6iv[qu5w  
    SNU bY6  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 >Y+KL  
    *_QHtZG  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 z`5I 1#PVA  
     1hviT&  
    -(uBTO s  
    2SJh6U  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 nwo!A3w:  
    f`,Hr?H  
    [~<',,tA0|  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） >>bYg  
    5dp#\J@  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 5)zB/Ta<  
    ,&?q}M  
    a. 打开参数优化 W`'|&7~  
    48g^~{T4O  
    J\so8uT:  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Qg>GW  
    \r%Vgne-g  
    图2
    <PN;D#2bh  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： ptv 4v[gQ  
    LQ@|M.$ A  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） aTh%oBrtP  
    -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。 _ <a)\UR  
     T+nC>}*jgJ  
    Zax]i,Bx  
    图3
    =+h!JgY/L  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 S.)7u6/_!  
    NoAb}1uae  
    图4
    (1,#=e+  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 4<g72| y  
    ~fp+@j-A  
    图5 'D"K`Vw  
    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： fJw=7t-t  
    fF>qU-  
    图6
    =Xjuz:9D~  
    4.总结 'HWgvmw(  
    /e sk  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 J8v:a`bX&  
    ;v +uv f  
    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。 ZU.)K>'  
    9T,QW k  
    TJ[jZuT:  
    QQ：2987619807     Mto~ /  
     
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