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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） r}/yi  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 J [ YtA  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 E rop9T1  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 AbUDn\0$  
    cGgM8  
    摘要 {$EH@$./  
     _:35d1[  
    =?/N5O(  
    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。 -VS9`7k  
    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。 j5L)N  
    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。     Qq#Ff\|4u(  
    q} ]'Q -  
    1. 建模任务 EY+/.=$x  
     3@^MvoC  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ slU  
    g%`i=s&N%  
    ecr886  
    2. 方法 bTZ>@~$  
     ^"3\iA:  
    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： ;~ W8v.EW  
    Ho 3dsh)  
     aSc{Ft/O  
    ;wJ~haC  
    ePf+[pV3  
    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。 exfm q  
    W7H&R,  
    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。 Q*]$)D3n  
     Lj}>Xy(7<  
    (2UW_l  
    L2KG0i`+  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 z< z*Wz  
    /:bKqAz;M  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ,zQo {.  
    _eGT2,D5r  
    1) 评估最大模式阶数 v @:~mwy  
    P Q7A~dw9  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： j5PL{6  
    m23+kj)+VY  
    h@=7R  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ]1m"V;vZ  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 J , V  
    n5|l|#c$N  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 J^ `hbP+2  
     ?AEd(_a!q  
    rah,dVE]  
    !lAD q|$  
    gw"~RV0  
    2）设置多模高斯光源 _5mc('  
    Z1M>-[j)  
     $f#agq_  
    L'l F/qe^  
    7|YN:7iA  
    3) 设置优化函数 oK2pM18  
    9qKzS<"h  
    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)。 ;6ky5}z  
    J{`eLmTu  
    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。 98fu>>*G{  
     ` @8`qXg  
    'n0 .#E_  
    1"}cdq.  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 Wqra8u#  
    9Y/L?km_(  
    in<}fAro6  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） cq*=|m0}Z  
    c"7j3/p  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 _d@=nK)  
    Y>B P?l  
    a. 打开参数优化 -?<4Og[^  
    ?vgH"W~3>  
    @wp4 |G  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 \?DR s  
    YD\]{,F|  
    图2
    ,m^;&&  
    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： ME^ ,'&  
    jij<yM8$g  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ,Ol (piR  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Gs dnf 7  
     n,j$D62[  
    aQ#qRkI  
    图3
    ?7[alV~  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 WA$ JI@g  
    B@O@1?c[  
    图4
    .R5y:O  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 -kpswP  
    1zftrX~v!X  
    图5 cu&,J#r%  
    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： +Llo81j&  
    FB:<zmwR  
    图6
    Zj*\"Ol  
    4.总结 [u M-0t  
    &<5+!c V=  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 -"Q-H/qh  
    8i}< k$S  
    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。 l&$$w!n0w  
    e-5?p~>  
    QQ：2987619807     ,RxYd6  
     
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