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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) Iv *<L a  
    相关文件:Tutorial_101.01,Snippet_028 VTM/hJmwJ  
    需求:VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 =I<R!ZSN  
    许可证:CC-BY-SA 3.0 ,uvRi)O>a  
    0Gk<l{o?^  
    摘要 .}t e>]A*  
    e.>P8C<&  
    ]'cs.  
    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。 x2EUr,7  
    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。 .`lCWeHN  
    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。
    %>yL1BeA4  
    EnR}IY&sI  
    1. 建模任务 R-:2HRaA  
    {ax:RUQxy  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线 !1k_PY5)  
    w]H->B29C  
    H|*m$| $,  
    2. 方法 4 5e~6",  
    b 6p|q_e  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔(Laguerre)或厄米(Hermite)高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示: bOB \--:]  
    Y*^[P,+J*}  
    oRFq @g  
    KXy6Eno  
    9Na$W:P c  
    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。 d$RIS+V  
    #R"*c hLV  
    VirtualLab™的参数优化(Parameter Optimization)可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 1^}+=~  
    uT{q9=w  
    H)?z #x  
    Wri<h:1  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 )UR7i8]!0  
    I0 -MRU~[K  
    在这一部分中,我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 d~H`CrQE*  
    \bcLiKE{  
    1) 评估最大模式阶数 Ie_wHcM<  
    t!XwW$@  
    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: ;'|Ey  
    Tx D#9]Q`  
    +2{Lh7Ks  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 m@c)Xci  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 }j%5t ~Qa  
    Y|n"dMrL  
    此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 UVP vOtZj  
    N['  .BN  
    =  [E  
    +whDU2 "  
    siI;"?  
    2)设置多模高斯光源 XTy x r  
    KPF1cJ2N  
    !a`&O-ye  
    T[gv0|+  
    (HVGlw'`  
    3) 设置优化函数 ";F'~}bDA  
    aOp\91  
    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)。 G[=c Ss,  
    K-4PI+qQ\  
    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。 U6K|fY N`  
    Hka2  
    )8AXm  
    I,tud!p`  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ^!d3=}:0  
    iTwm3V P  
    Y4-t7UlS;  
    4) 进行参数优化(Parametric Optimization) _)8s'MjA:&  
    ax`o>_)  
    VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 jd: 6:Fm  
    zPO9!?7|  
    a. 打开参数优化 HN"Z]/ 5j  
    F5<H m_\:  
    L0,'mS  
    图1
    b. 选择优化变量,即四个模式 l#o ~W`  
    !0+JbZ<%r|  
    图2
    ll^#JpT[S  
    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: {c'lhUB  
    W1~0_;  
    -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) X'srL j.  
    -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。 %J(:ADu]  
    th_oJcS  
    **%37  
    图3
    T)/eeZ$  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 C+$#y2"z#n  
    MtdG>TzUn  
    图4
    1}x%%RD_  
    e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 /m1\iM\  
    #mdc[.  
    图5 +7Gwg  
    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: Ud?Q%) X  
    Et$2Y-L.  
    图6
    oJ^P(]dw  
    4.总结 oA 1yIp  
    e'~3oqSvR  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 }bxs]?OW>  
    r!v\"6:OM  
    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。 (PL UFT  
    aE8VZ8tvq  
    y29m/i:  
    QQ:2987619807
    Q &8-\  
     
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