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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） >IvBU M[Rt  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 '5.\#=S1  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 #a~"K|' G  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 pa/9F[  
    aq>?vti1D  
    摘要 mV\$q@sII  
     [~%`N*G  
    ] f 7#N  
    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。 a-0cN 9  
    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。 KX+ey8@[  
    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。     c[(Pg%  
    3(_!`0#F%  
    1. 建模任务 !q /5yEJ>h  
     6].:.b\qQc  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ .XH8YT42  
    BWK IbG  
    $[CA&Y.  
    2. 方法 %efGt6&  
     LJuW${Y  
    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： fEqC] *s  
    ZXXiL#^  
     8I#D`yVKc  
    W'$kZ/%[  
    HYClm|   
    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。 i57( $1.  
     kq/u,16@  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 f\o R:%  
     xy^1US ,L1  
    ,;iA2  
    Da,Tav%b  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Lo`F  
    \Ow,CUd  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 (cV  
    v*TeTA %  
    1) 评估最大模式阶数 zy)i1d  
    ejcwg*i  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： \r -N(;m  
    7'j9rmTXs  
    Ye |G44z  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 &YX6"S_B  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 lo:~aJ8  
    KTmaglgp  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 iJnh$jo  
     TmP8 q  
    i?>Hr|  
    UKs$W`  
    Slx2z%'>  
    2）设置多模高斯光源 e-6(F4  
    .ZX2^)`XD  
     ]N}]d +^6  
    Bw-s6MS  
    "$@,n7 k  
    3) 设置优化函数 >]/dOH,A  
     P\(30  
    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)。 $ I<|-]u  
    g!^J,e=  
    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。 <Cq"| A  
     M,..Kw/ }~  
    Czu1)y  
    y4<+-  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 =J3`@9;  
    _S5gcPcF"  
    cjT[P"5$  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） e^frVEV  
    DQ_ 2fX~)  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 2oB?Dn  
    ND,`QjmZ  
    a. 打开参数优化 x5vzPh`  
    p#<nK+6.8  
    Mjw[:70  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 _3&/(B%H  
    f\'G`4e  
    图2
    04\Ta  
    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 cM3P G  
    ,.7vBt6 p  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） ?N _)>&b  
    -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。 vU 9ek:.l  
     )@$ &FFIu  
    n)CH^WHL&  
    图3
    ZbyG*5iq  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 E{oB2;P  
    ^0eO\wc?O  
    图4
    sD2Qm  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 3N3*`?5c<  
    ]ut?&&*  
    图5 hXnw..0"  
    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： Rk{$S"8S_  
    eoL0^cZj  
    图6
    ZIy(<0  
    4.总结 |VYr=hjo  
    K*:Im #Q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Xv&%2-V;  
    +7^w9G  
    从一个真实光源测量的远场强度分布，可以计算其模式权重：通过一个参数优化（Parametric Optimization）结合衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function Detector）（Snippet 028）来实现。 QRiF!D)Nk  
    Q'C 4pn@  
    QQ：2987619807     (xQI($Wq*M  
     
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