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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） o?Hfxp0}  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 eTx9fx w  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 !lgL=Ys(  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 JkAM:,^(  
    .Az36wD  
    摘要 U8Y%rFh1  
     yQ[;y~W  
    "17)`Yf  
    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。 tbRW6  
    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。 C:J;'[,S  
    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。     +H2Jhgi  
    ~ 1h#  
    1. 建模任务 .c"nDCFVR  
     :]-oo*xP  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ K.)!qkW-%S  
    b0$)G-E/Y  
    {q0+PzgP  
    2. 方法 !uEEuD#  
     A#"Wk]jX  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： FXof9fa_B  
    j?.F-ar  
     tUv>1) [  
    K|7"YNohfG  
    4qOzjEQ  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 >j5\J_( ;D  
    l$;"yVdks  
    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。 I@'[>t  
     s:U:Dv  
    X8|H5Y:  
    FQ< -Wc  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Yr9'2.%Q  
    JtL> mH  
    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。 9pp +<c  
    \]tBwa  
    1) 评估最大模式阶数 l76=6Vtb  
    T+0=Ou"N  
    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： x%B_v^^^  
    p/h\QG1   
    '$tCAS  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 &GP(yj]  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 d9f7 &  
    xE1?)  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 gmL~n7m:K  
     .<hHK|HF  
    +MoUh'/u  
    U: 9&0`k(  
    o PSPb(.  
    2）设置多模高斯光源 ;.>*O oe&  
    f@OH~4FG  
     H5K Fm#  
    Nm*(?1  
    BPY7O  
    3) 设置优化函数 zwfft  
    VdHT3r  
    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)。 ; vH2r~  
    DSrU7#  
    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。  U4!bW  
     RM2Ik_IH[l  
    \((iR>^|  
    clE9I<1v  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Ni_H1G  
    Xoe|]@U`  
    ]*2),H1 c  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ~MG6evm &  
    _{*} )&!M  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 'oa.-g5  
    72<9xNcB!}  
    a. 打开参数优化 q)q 3p  
    m}]{Y'i]R  
    B>2=IZ  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )&c2+Y@  
    x@ -K  
    图2
    `Y&`2WZ ~  
    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： 9 [eiN  
    S:xXD^n#H  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ,1 -%C)  
    -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。 14,)JZN  
     {]CZgqE{  
    q\fbrv%I4  
    图3
    ]iV ]7g8:  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Hv/C40uM-  
    (XZ[-M7  
    图4
    e{)giJY9  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 1c$pz:$vX  
    V.~kG ,Ht  
    图5 \8{SQ%  
    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： ?JuJu1  
    RD`|Z~:q:K  
    图6
    Ac_P^  
    4.总结 3D|Lb]=  
    x\yM|WGL  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 )~'UJPK  
    !yNU-/K  
    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。 # qd!_oN  
    u Kx:7"KD  
    QQ：2987619807     }&v}S6T  
     
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