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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） gNxnoOY  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 tfdP#1E  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ,Q}/#/  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ~){*XJw6  
    [#14atv  
    摘要 Kj'm<]u  
     a+J :1'  
    &<v# ^2S3  
    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。 X1A;MA@0Ro  
    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。 I5 [r-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。     9K)OQDv%6D  
    W_kJb  
    1. 建模任务 &jg,8  
     y0rT=kU  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ bC)<AG@Z\  
    g]d@X_ &D  
    -|V@zSKr3  
    2. 方法 v&uIxFCR  
     i?mDR$X:  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 5oORwOP  
    .8wR;^  
     na/t=<{  
    d5bj$oH  
    hBN!!a|l  
    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。 ) Oa"B;\j  
    r^Gl~sX  
    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。 E9 q8tE}  
     Te5_T&1Z  
    PhW#=S  
    6 rmK_Y  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 )_+#yaC  
    )zr/9aV  
    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。 y.mojx%?a  
    lr^-  
    1) 评估最大模式阶数 YBg\L$| n  
    :X@;XEol~  
    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： >5]Xl*{H)  
    x}F.<`  
    7E|0'PPR  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 x)V.^-  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ^\_`0%`>  
    1!=$3]l0Lj  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 AKL~F|t  
     s31^9a  
    ~r|.GY  
    rytizbc  
    V ;>{-p  
    2）设置多模高斯光源 {J|P2a[  
    1 w\Y ._jK  
     Wx:_F;  
    )w/f 'fq  
    d6(qc< /!r  
    3) 设置优化函数 ,[~Ydth  
    Fbk<qQH  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 )Cx8?\/c=x  
    kqHh@]Z0'  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 8f29Hj+  
     )\^%w9h  
    E8IWHh_  
    =XoNk1  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 TcRnjsY$  
    ^hbh|Du  
    ~ |!q>z  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） F3wRHq  
    E\'_`L  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 vtr:{   
    f1\x>W4z~\  
    a. 打开参数优化 SHwl^qVk[  
    FRfMtxvU  
    R]ppA=1*_l  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 RRq*CLj  
    D Zh6/n#q  
    图2
     eKu&_q  
    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： {uckYx-A  
    gqe z-  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ]qpcA6%a|  
    -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。 s  fti[  
     w.0.||C O  
    (EohxLl!p  
    图3
    `knw1,qL"  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 -"a])- j  
    pX*mX]  
    图4
    \HH|{   
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ClfpA?vv  
    ^,`Lt *  
    图5 _q8s 7H  
    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： :0srFg?X  
    r3*wH1n  
    图6
    Jl^oDW  
    4.总结 8#oF7eE  
    gW*ee  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 W<9G wMU  
    %X.Q\T  
    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。 sI^1c$sBN  
    {= z%( '^  
    Q'\jm=k  
    QQ：2987619807     !`aodz*PO  
     
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