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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） J[}j8x?r  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 2?qT,pN  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 GYtgw9 "Y  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 SEnr"}  
     qbc=kP  
    摘要 yFm88  
     zSA"f_e  
    [VX5r1-F  
    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。 Lt~&K$t7~  
    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。  `\##M=  
    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。     I>8_gp\1  
    3Z~_6P^ +N  
    1. 建模任务 n3? msY(*  
     a?ete9Q+  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ :/gHqEC24  
    Jr'a_ (~  
    C`ZU.|R  
    2. 方法 K:13t|  
     jc3Q3Th/zn  
    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： CY=lN5!J  
    M:.+^.h  
     $J<WFDn9  
    \R9izuc9  
    bp" @ p:  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 %INkuNa8\  
    s3sD7 @  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 @[v,q_^8  
      +mft  
    k{{ Y2B?C  
    e1b?TF@lz  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 0i5S=L`j  
    u)zv`m  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 B&7:=t,m(  
    E>/~:  
    1) 评估最大模式阶数 -G7)Y:  
    6pb~+=3n  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： +tt!xfy  
    -cJ,rrN_9  
    tZx}/&m-  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 # bjK]+  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 a~R.">>$  
    0)zJG |  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 OVxg9  
      2rC&  
    YvuE:ia  
    g9;s3qXiG  
    "*`!.9pt  
    2）设置多模高斯光源 Kwm_Y5`A  
    a* }>yad  
     1=T;68B  
    x|AND]^Q  
    4*o?2P$Q  
    3) 设置优化函数 2~QJ]qo=  
    7;Lv_Y"b  
    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)。 | Vlx:  
    $!$If( 7  
    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。 )/[L)-~y~  
     r9! s@n  
    W2v'2qAs  
    \ntUxPox.  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Qc!3y>Y=_  
    $;$vcV9*  
    _ iDVd2X"H  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） T*8 S7l  
    liy/uZ  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 zN;P_@U  
    br TP}A  
    a. 打开参数优化 aO(iKlZ$  
    8sBT&A6&j  
    lup2> "?*  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 IsJx5GO  
    oclU)f.,  
    图2
    Bxw(pACf  
    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： =-r); d  
    E y9rH_  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） XpkOCo02  
    -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。 ~b X~_\  
      f}*:wj  
    h 6?Z  
    图3
    B/;'D7i|S  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .m\0<8C  
    @x743}Y\  
    图4
    ZQ*Us*9I  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 a]%s ks  
    ":s_ O.  
    图5 `$6~QLUf  
    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： j`$$BVZ  
    .oLV\'HAR  
    图6
    P,3w b  
    4.总结 |Ox='.oIb  
    v[8+fd)}S  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 /K1cP>oE  
     QX<x2U  
    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。 ~LOE^6C+~o  
    `]@=Hx(  
    (C).Vj~  
    QQ：2987619807     z5~W >r  
     
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