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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） 26<Wg7/,  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 j: /cJt  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 wx%TQ!  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 auT'ATW7i  
    WYNO6Xb#:  
    摘要 Kk_h&by?  
     zS+_6s  
    KL\]1YX  
    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。 sCE2 F_xjL  
    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。 J,=: ] t  
    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。     K{x FhdW  
    8Q Nd t  
    1. 建模任务 [#-!&>  
     -*r]9f6 x  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ]J* y`jn  
    c/\$AJV.H  
    {IpIQ-@l  
    2. 方法 ,t=12R]>  
     ?Ok@1  
    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： XU19+mW=P  
    |U4t 8  
     wu2C!gyBo  
    bR;Zc  
    Hz6yy*  
    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。 }475c{  
    0{ ;[k  
    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。 p>@S61 & [  
     WgK|r~  
    bn$}U.m$-  
    >7^+ag~&  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Vt!<.8&`  
    {k}EWV  
    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。 MlM2(/ok  
    'F[ C 4  
    1) 评估最大模式阶数 %Fg}"=f1  
    pt!Q%rXm  
    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： '#b7Z?83C  
    FTg4i\Wp  
    7JNy;$]/  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 6Q6l?!|W4  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 KtFxG6a  
    9IRvbE~2  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 &MlBp I  
     <?I s~[2  
    n*oa J<o%  
    *!gj$GK@%  
    l< y9ue=  
    2）设置多模高斯光源 U|%y `PZ  
    _>moza  
     Q#i^<WUpg  
    >Lo!8Hen  
    G{cTQH|  
    3) 设置优化函数 weOzs]uc  
    z]YP  
    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)。 %YaUc{.%  
    @M V%&y*z.  
    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。 DJ9;{,gm  
     O&:0mpRZ  
    ^!*?vHx:  
    ` tkd1M  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 #NVqS5  
    Y,bw:vX  
    YORFq9a{R  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） $DfaW3bJ  
    $J |oVVct  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 $<UX/a\sH  
    hao0_9q+  
    a. 打开参数优化 @J~y_J{  
    J9LS6~ 7  
    h]94\XQ>$  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 toipEp<ci  
    3"gifE  
    图2
    Zw5\{Z0  
    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： n(Up?_  
    T$]2U>=<J  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） OU(z};Is6Z  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 6[9E^{(z  
     I_yIVw;  
    ]kmOX  
    图3
    /s%I(iP4  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 0;)6ZU  
    ~^.&nph  
    图4
    0<L@f=i  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 S iw9_c  
    6QRfju'  
    图5 ~MY (6P  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： F_~-o,\  
    LeW.uh3.  
    图6
    &,Q{l$`X  
    4.总结 2t { Cpw  
    {K'SOh H4?  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。  &1Fcwj  
    |Z;w 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。 JMOP/]%D  
    z1+rz%  
    QQ：2987619807     E|9LUPcb  
     
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