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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） 4 r#O._Z  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 u\=gps/Z  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 /tRzb8`  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ##d\|r  
    K:yS24\ %  
    摘要 l=D E|:  
     c_clpMx=  
    QwXM<qG*  
    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。 hnZI{2XzBE  
    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。 o_&.R  
    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。     7iu?Q  
    zrk/}b0j  
    1. 建模任务 qd{o64;|  
     @+~=h{jv<  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ GlP [:  
    3U<\y6/  
    8+Al+6d|!  
    2. 方法 ;5^ grr@,4  
     `%;n HQ"  
    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： F7a &-  
    W=M&U  
     vLR)B@O,2  
    f/Km$#xOr  
    @v_E' 9QG^  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 g! ~&PT)*  
    ;OQ-T+(T  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 &:=   
     (bt^L3}a  
    pC(AM=RY!  
    &RRggPx"k  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ^k&zX!W  
    s([9 /ED  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ^|xj.  
    Dntcv|%u  
    1) 评估最大模式阶数 d=WC1"  
    ,'5P[-  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： KIn^,d0H  
    5FqUFzVqsl  
    RI w6i?/I  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1  /Z! ,1  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 hor ok:{  
    &=fBqod  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 Lv,~Mf1|  
     a<tUpI$  
    F`8A!|cIy  
    S;NChu?8  
    D}"\nCz}y&  
    2）设置多模高斯光源  ;Fcdjy  
    9 pE)S^P  
     ?# >|P-4  
    oV ?tp4&  
    Jx-^WB  
    3) 设置优化函数 COv#dOw  
    i051qpj  
    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)。 pTUsdao^,  
    9Q=g]int u  
    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。 ]w%7/N0R  
     N rVQK}%K  
    (~-q}_G;Q  
    }@@1N3nnxV  
    b. 导入实际测量的远场光强分布  &N0W!  
    h 7kyz  
    v|_?qBs"  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） lO%Z4V_Mj  
    [=e61Z  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 '\1%%F7  
    <y*#[:i  
    a. 打开参数优化 [rTV)JsTb  
    rd]HoFE  
    $f>WR_F  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 sC ]&Qr_  
    j='Ne5X1  
    图2
    \_@u"+,$W  
    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： @`}'P115@  
    qTqvEa^X`  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） mwbkXy;8  
    -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。 0J$wX yh  
     po=*%Zs*T  
    dyWWgC%A  
    图3
    -2> L*"^  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 e hxtNjA  
    a6WE,4T9  
    图4
    Iay7Fkv  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  i+(`"8W  
    Uw61X>y=  
    图5  Ea\a:  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： VmBLNM?  
    V$q%=Sip  
    图6
    ct~lt'L\  
    4.总结 q>Px   
    UeHS4cW  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ih+kh7J-  
    7azxqa5:  
    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。 D:n0d fPU  
    0)ST_2Ci  
    W\} VZY  
    QQ：2987619807     xR#hU;E}  
     
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