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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） \dxW44sM  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 |>/&EElD  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 SU#P.y18%  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 sWZtbW;)  
    ]stLC; nI  
    摘要 (h@yA8>n  
     @#ho(_U8  
    zhvk%Y:  
    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。 "TH-A6v1  
    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。 XdIVMXLL\  
    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。     v YmtpKNj%  
    GT\s!D;<  
    1. 建模任务 z:Zn.e*$b  
     ^p-e  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ #NQz&4W  
    4-nr_ WCm4  
    {@K2WB  
    2. 方法 HfeflGme*  
     k4AE`[UE  
    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： #ZnX6=;X  
    kx:lk+Tx  
     I9G*iu=U   
    \|>`z,;  
    n.qxxzEN  
    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。 &F*QYz[  
    g;Sg 2  
    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。 $8T|r+<  
     5bznM[%xO  
    g /@yK  
    qL;T&h  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 G$kwc F'C  
    n\ ',F  
    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。 zQj%ds:  
    U!I_i*:U  
    1) 评估最大模式阶数 _kY[8e5  
    `0G.Y  
    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： $J0~2TV<  
    UV8r&O  
    k| cI!   
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 cxJK>%84  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 g Wv+i/,  
    \/4%[Q2QDm  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 tD0>(41K  
     oY6|h3T=Q$  
    }:D~yEP  
    |tJ%:`DGw  
    MJ/%$  
    2）设置多模高斯光源 ]%Yis=v  
    i7FR78^  
     ].f,3it g&  
     t-x"(  
    +2fJ  
    3) 设置优化函数 `"b7y(M  
    GV@E<dg$R  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 H!>oLui  
    PXu<4VF  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 _,0!ZP-  
     t7+Ic  
    l}-`E@w  
    ~)8i5p;P/k  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ?_j6})2zY  
    -+_aL4.  
    Tocdh.H|  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 7>@/*S{X  
    n@,eZ!  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 rJQ|Oi&1i  
    xA'#JN<*  
    a. 打开参数优化 (Dh;=xG  
    E1ob+h:`d  
    7`<? f O  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 S,9WMti4x  
    @=#s~ 3  
    图2
    wR+`("2{r  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： V//q$/&8(  
    )hJjVitG  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） DSZhl-uGM  
    -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。 Afhx`J1KO  
     ?[/,*Q%  
    d4h(F,K7V  
    图3
    'yRv~BA  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 e.ym7L]$O  
    bK;a V&  
    图4
    I"<. h'  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 U105u.#7  
    35kbE'  
    图5 s^R2jueR  
    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： 5f@YrTO[@  
    d]~1.i  
    图6
    A?k,}~  
    4.总结 JU1; /3(  
    Zw 8b -_  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ayz1i:Q|  
    WzbN=& C]h  
    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。 YgOgYo{E!  
    PlRs- %d  
    QQ：2987619807     [ \n.[4gq"  
     
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