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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） $c:ynjL|P-  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 vd 0ljA  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 jr /pj?  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 q_g+Jf P-D  
    s;S?;(QI  
    摘要 T arIPp  
     }L+L"l&  
    w$z}r  
    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。 h]5C|M|  
    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。 K;>9ZZtl  
    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。     EN;}$jZ>47  
    q Gw -tPD<  
    1. 建模任务 im9G,e  
     q)S^P>  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ s:/8[(A  
    PE}:ybsX  
    ur$ _  
    2. 方法 K9$>Yxe|  
     Xm%D><CC8"  
    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： %C~1^9uq  
    +*ZO&yJQ^<  
     Y;@>b{s  
    `\T]ej}zvI  
    tiB_a}5IB  
    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。 4e~A1-  
    \W1,F6&j  
    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。 Oiz ,w7LRh  
     )0"wB  
    ein4^o<f.  
    TcjEcMw,  
    3. 在VirtualLab中的过程操作  [F0s!,P  
    s2'yY(u/  
    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。 T>}5:,N~  
    -(bXSBs#  
    1) 评估最大模式阶数 < Z{HX[y  
    \`oT#|0  
    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： QDs^Ije  
    C([phT;  
    HJXT9;w  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 hAYTj0GZ  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 3 Nreqq  
    ZHU5SXu  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 *c~T@m~DR  
     @ezH'y-v  
    <49K>S9O  
    cik!GA  
    -=)+dCyB^  
    2）设置多模高斯光源 K`iv c N"  
    _/uFsYC  
     x_| UPF  
    ORyE`h  
    %_+2@\  
    3) 设置优化函数 {["\.ZS|  
    t]y D-3'l&  
    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)。 GN ]cDik  
    co~Pyj  
    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。 <j&DK2u=i  
     ]+|~cRQ9I  
    SSz~YR^}Sr  
    l>Z5 uSG  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 GNXHM*~  
    Gb8D[1=u=  
    p<TpK )  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） jNLw=  
    P|.]DJ  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 -~v|Rt  
     {Or;  
    a. 打开参数优化 w.H%R-Be  
    biSz?DJ>  
    ^HV>`Pjd}=  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 B:gjAb}9T  
    bu:S:`  
    图2
    *+j* {>E  
    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： &xa(BX%,c  
    ;pqg/>W'  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） rs,2rSsg!  
    -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。 -R57@D>j\  
     :YXX8|>  
    Gnfd;. (.  
    图3
    :uWw8`  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 * mOo@+89  
    c0%"&a1]]V  
    图4
    1QLbf*zeIW  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 nQ q=7Gu  
    `S6x<J&T\/  
    图5 RRRCS]y7$t  
    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： 3gv|9T  
    S `#w+C#EW  
    图6
    ?Cl%{2omO  
    4.总结 }dp=?AFg  
    )3~{L;q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 (iL|Sq&}b  
    {$R' WXVs  
    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。 Qp/QaVQ+  
    Z8rvWH9  
    m=}B,']O  
    QQ：2987619807     =at@Vp/y  
     
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