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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: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） LS5vW|]w  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 TeWMp6u,r  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 S<L.c  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 sz9G3artK&  
    A 5+rd{k/  
    摘要 cPl`2&p  
     |hO~X~P  
    AxZD-|.  
    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。 g1UGd  
    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。 iajX~kv  
    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。     1O!/g  
    7]BW[~77  
    1. 建模任务 {\z({Wlb]  
     V=X:=  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ;=9 >MS}  
    nZ_v/?O  
    Maqf[ Vky  
    2. 方法 Yyfq  
     1N\D5g3  
    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： ~+H" -+  
    r,]#b[:.s|  
     K 9kUS  
    W>=o*{(YO  
    Dgql?+2$  
    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。 QnI.zq V  
    `$YP<CJeq  
    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。 c.|l-zAeX  
     5PIZh<  
    ';G1A  
    7P B)'Wl"6  
    3. 在VirtualLab中的过程操作  8*c3|  
    D&ve15wL  
    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。 #"ftI7=42  
    kJAn4I.l  
    1) 评估最大模式阶数 e8EfQ1 Ar  
    $f pq 3  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ]O TH"*j  
    3^ StIw{X  
    axk"^gps  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ]}mxY vu_i  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 cM&2SRBZ  
    %y<ejM  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 erl:9.  
     @-)tM.8~  
    L!'k ! k  
    Vi]c%*k  
    @+Y8*Rj\3  
    2）设置多模高斯光源 Pz_NDI  
    0fs$#j  
     T}D<Sc  
    ;XC@ =RpX  
    Y e+Ay  
    3) 设置优化函数 _ OaRY]  
    MqKye8h9f  
    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)。 -#29xRPk  
    Qpt&3_   
    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。 tehUD&  
     *8ExRQZ$  
    [`Cq\mI-W  
    DXQi-+?  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 l12$l<x&M  
    jko"MfJ  
    ?`zgq>R}w[  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） H<ZU#U0FZf  
    Fvxu >BK  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 E4D (,s  
    {6d b{ ay_  
    a. 打开参数优化 =Z sGT  
    !7U\J]  
    N8!TZ~1$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 (D{Ys'{q  
    a}d6o;li  
    图2
    bQa oMZB  
    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： 0ZC,BS`D^  
    x7RdZC  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） n+D#k 8{  
    -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。 y1BgK>R  
     2D([Z-<i  
    DI&MC9j(   
    图3
    kA7(CqUW  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 c[0oh.  
    t]^_ l$  
    图4
    ); 6,H.v  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _1jw=5^P\i  
    8,o17}NY,  
    图5 {@r*+~C3  
    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： EX?h0Uy  
    5@XV6  
    图6
    *(*+`qZL{(  
    4.总结 \~X&o% y  
    135vZ:S  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 j[P8  
    %^9:%ytt  
    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。 5#_tE<uM  
    9.0WKcwg  
    QQ：2987619807     daOS8_py  
     
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