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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） 1#XMUbFc  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 sA:0b5_a  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 <` HLG2  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 b5KX`r  
    J1g `0XH  
    摘要  :;rd!)5  
     )R,*>-OPJL  
    =U2`]50  
    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。 vfmKYiLp  
    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。 v cqL  
    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。     ) 3Eax_?Z  
    pZF`+6 42  
    1. 建模任务 aZ- )w  
     Xq,{)G%9nM  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ X`[or:cB  
    ^?w6  
    0lY.z$V  
    2. 方法 SkVW8n*s  
     <{:$ ]3  
    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： XP~4jOL]  
    n`;=^^B  
       /zM  
    UjUDP>iz.>  
    p e |k}{  
    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。  KGFmC[  
    sYgpK92  
    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。 N'3Vt8o,  
     7l%O:M(\  
    ' !ZFK}  
    AI/xOd!a  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ?HAWw'QW  
    szGp<xv_p  
    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。 FNtcI7  
    H~Hh $-z  
    1) 评估最大模式阶数 x)5#*Q  
    Gd%KBb  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： FlgK:=Fmj  
    =;`+^  
    9g|o17  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 K9 :I8E<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 c"H*9u:  
    +'x|VPY.PG  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 IEmtt^C  
     /2tgxm$}  
    R^{Ow  
    P0Z1cN}  
    $ nx&(V  
    2）设置多模高斯光源 3mIVNT@S9  
    BRhAL1  
     $&OoxC  
    y?zNxk/p  
    LhUrVydL  
    3) 设置优化函数 8fY1~\G:\  
    W4Tuc:X5  
    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)。 Mnn\y Tblp  
    tl !o;`W  
    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。 0L9z[2sj  
     VK5|w:  
    }YfM <  
    -NGY+1  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 hB]4Tn5H  
    ep>*]'  
    tg_v\n  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） j,?>Q4G  
    .BuXg<`  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 A (S=  
    *F42GiBZR  
    a. 打开参数优化 $DuX1T  
    U ]Ek 5p  
    vc0'x4  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 no~hYy W2  
    ]>M{Q n*  
    图2
    fRS)YE@a:  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： XT~!dq5  
    vN=e1\  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） .'.#bH9K  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 qq9fZZb  
     |j3mI\ANF  
    7O84R^!|2  
    图3
    kmXpj3  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 v!{mpF  
    35|F?Jx.r  
    图4
    U bUl]  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 bL v_<\:m  
    ;4tmnC>OnA  
    图5 B U |]4  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： A2LqBirkl  
    8VxjC1v+  
    图6
    {ULyB$\-  
    4.总结 )GhMM  
    |E/U(VS3l~  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 f_y+B]?'M  
    sq1Z;l31"  
    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。 _?$P?  
    Lx6C fR  
    QQ：2987619807     nKPvAe(  
     
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