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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） ,Z^Ca15z  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 z8IPhE@  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 he"L*p*H  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 `YPe^!` $  
    Z;#%t.  
    摘要 yH*hL0mO  
     rvW!7 -R  
    x Sv-;!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。 Z+ixRch@-s  
    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。 }*NF&PD5RU  
    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。     9X(Sk%  
    zG_p"Z7,  
    1. 建模任务 )T9;6R$b  
     `)T&~2n  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Re>AsnA[  
    S@x}QQ|.  
    tE@FvZC'=  
    2. 方法 cv2]*  
     n=q=zn;  
    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： QIQfI05  
    T .kyV|  
     WJfES2N  
    zxkM'8JC  
    X/l;s  
    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。 _g[-=y{Bb  
    ;J]25j]]  
    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。 JBz}|M D  
     %<ic%gt`#  
    xRlYr# %  
    g5i#YW  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 zN%97q_  
    Y6A;AmM8  
    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。 <?YA,"~  
    e'34Pw!m  
    1) 评估最大模式阶数 =Q-k'=6\  
    `?"6l5d.]  
    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： +TH3&H5I_A  
    ?n.)&ZIx0  
    ;$7v%Ls=  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 `N}d}O8   
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 :=*}htP4C  
    pLnB)z?  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 | f\D>Y%)  
     Z.'syGuV  
    :'}@Al9=>  
    z<B CLP  
    M(enRs3`O  
    2）设置多模高斯光源 G(/DtY]  
    %D`o  
     8YX)0i'  
    v*z(@<Y  
    L[y Pjw:0  
    3) 设置优化函数 'N\&<dT>  
    [}-3PpF  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 (u&`Ij9  
    _okWQvdH  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 "$|Zr  
     $'{=R 45Z  
    $ J1f.YE  
    [|RjHGf  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 7&U&E|  
    7O)" `  
    k_ Y~;P@  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） O("Uq../3  
    O)]v;9oER  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 BMFF=  
    <{Q'&T  
    a. 打开参数优化 <41ZZ0<EwY  
    `)K y0&?  
    $ 4m*kQ  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Zb_apjg[4  
    <+v{GF#R  
    图2
    ~aTKG|74  
    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： h/)_) r.x  
    'wQv3 ;  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） poT&-Ic[  
    -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。 Udgqkl  
     TQ ]dW  
    !L$x:/R9M  
    图3
    QkQ!Ep(  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 86 .`T l;  
    s{}]D{bc  
    图4
    O )d[8jw"  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 4_^[=p/R  
    Bp?  
    图5 `yO'[2  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： O.QK"pKD\  
    r!GW= u'  
    图6
    B^v8,;jZT  
    4.总结 (xpn`NA  
    vFv3'b$;G  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Bc5+ss  
    &,:h)  
    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。 b:W-l?  
    xHA0gZf  
    6%Mt  
    QQ：2987619807     zM#sOg  
     
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