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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） La@ +>  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 BSkDpr1C  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Y;)dct  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 %/>Y/!;  
    U-:ieao@  
    摘要 Z*])6=2Q  
     ?_ dIIQ  
    |=EZ1<KzD  
    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。 on8WQf'A#  
    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。 l/Vo-#  
    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。     8o/}}=m$  
    r%e KFS  
    1. 建模任务 ]r-C1bKD`  
     1Jj Y!  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ !o>H1#2l  
    sF7^qrVQP9  
    D)@YI.T  
    2. 方法 /"?HZ% W  
     UK{irU|\  
    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： VL[kJi   
    '*Almv{  
     ?h0X,fl3  
    ,&d@O>$E:  
    [y0O{,lI  
    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。 ~l$3uN[g  
    XTd3|Pm  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 @G:V  
     h1(j2S`:  
    (708H_  
    JMCW}bA  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 {>"NyY  
    Uh'#izm[l  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 C_ \q?>  
    "7 v-` i  
    1) 评估最大模式阶数 }'OHE(s  
    +`sv91c  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： < Z|Ep1W  
    5qf BEPJ  
    : iiw3#]  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 *FfMI  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 U;n*j3wT  
    vfNAs>Xg"  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 fGv#s X  
     |8bq>01~  
    Lw'9  
    2Sq_Tw3^  
    hb/]8mR  
    2）设置多模高斯光源 xcJ `1*1N  
    y}v+c%d  
     Bk}><H  
    2S8P}$mM  
    KI]wm  
    3) 设置优化函数 " v}pdUW  
    X1tXqHJF}  
    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)。 7n o5b] \  
    JjXobNQf  
    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。 4gSH(*}  
     IZ3{>N V  
    dx,=Rd5'  
    1ZJQs6  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 =o p%8NJf  
    hSGb-$~F  
    OquAql:   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Sb".]>^  
    W2;N<[wa<u  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 0)m8)!gj  
    O|cu.u|  
    a. 打开参数优化 65,(4Udz!  
    +fKtG]$  
    >%Ee#m  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 QFPfIb/  
    QMo}W{D  
    图2
    qP!P +'B  
    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： %b?$@H-Re  
    % p?b rc  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） !}M,  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 mgZf3?,)  
     zVv04_:  
    v=I|O%  
    图3
    %OcGdbs  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Hqz?E@bc@  
    XH7xT@  
    图4
    9^F2$+T[:  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 5wC* ?>/  
    s|bM%!$1  
    图5 I-NN29Sk  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： >i,iOx|E-  
    P ,eH5w"  
    图6
    MVv1.6c7Y  
    4.总结 \ u+xa{b|  
    H/~?@CE(YC  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 /DS?}I.*]  
    O$ !* %TL  
    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。 C.!_]Pxs  
     PWgDFL?  
    VY 1vXM3y  
    QQ：2987619807     >x:EJV   
     
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