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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） DLv\]\h}L  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 d&QB?yLd  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 0XBv8fg  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 w QX,a;Br  
    UmSy p\i  
    摘要 wBUn*L  
     /}\EMP  
    lXS.,#lp  
    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。 ch}t++`l]  
    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。 gSP]& _9j  
    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。     Ph'P<h:V  
    ljTnxg/? W  
    1. 建模任务 E hROd  
     p ] V  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ %(,Kj ~0  
    kqfO3{-;{:  
    Yp1;5Bbp  
    2. 方法 I]|X6  
     "RH pj3 si  
    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： Pvq74?an`  
    9"3 7va  
     <0r2m4z  
    90o G+T4  
    0?KY9  
    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。 9H9 P'lx9  
    8[Ssrk  
    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。 /d*0+m8  
     ) N*,cTE  
    gwj+~vSfi  
    eot]VO:  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 _H9.A I  
    v"VpE`z1#  
    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。 ~.?,*q7  
    [eebIJs  
    1) 评估最大模式阶数 Z6eM~$Y  
    ]uN}n;`12  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ?8AchbK; N  
    u:Fa1 !4JR  
    ;by` [)  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 7{%_6b"  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 kQ5mIJ9(  
    |'B-^?;  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 *w> dT  
     .tv'`  
    K}e %E&|>  
    fk5xIW  
    OT[&a6_  
    2）设置多模高斯光源 1]Q;fe  
    WZ\bm$  
     R_IUuz$e  
    f3Zm_zxj  
    V(hM@ztN  
    3) 设置优化函数 v]UT1d=_T  
    s&UuB1   
    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)。 iI|mFc|V  
    [Yr }:B <  
    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。 kjVUG >e>  
     EDQKbTaPt  
    dux.Z9X?  
    km@V|"ac _  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 d??;r:  
    cEI "  
    BG>fLp  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） kj_MzgC'?  
    2a=3->D&  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 00jWs@K  
     GtR!a  
    a. 打开参数优化 B bU%p  
    7+_TdDBYs  
    #0HZ"n  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 BC:d@  
    nHAET  
    图2
    L|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： bTBV:]w  
    %.k~L  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 5`Q*  
    -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。 WP*xu-(:  
     b#~K>  
    ``X1xiB  
    图3
    3K;V3pJ].  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 #`Af  
    J,iS<lV_  
    图4
    =VC"X?N  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 /b&ka&|t  
    ,7HlYPec  
    图5 z) :LF<  
    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： O*Gg57a  
    W&g@o@wa  
    图6
    ^/6LVB*  
    4.总结 ` nd/N#  
    o >wty3l:  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 wh Hp}r  
    8dPDs#Zl  
    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。 ]|m?pt  
    5#275Hyv  
    g=#Cc( q  
    QQ：2987619807     DT;n)7+,  
     
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