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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） [S!_ubP5  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 _!*??B6u  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 C_DXg-a2lu  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 tO ^KCnL  
    ueazAsk3g  
    摘要 eE-@dU?  
     A5> ,e|  
    ww"HV;i  
    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。 9 nPc>O$  
    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。 2oFHP_HVfu  
    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。     9Iod[ x  
    V<;w  
    1. 建模任务 mxV0"$'Fm  
     @eGJ_ J  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ sC.aT(meJ  
    JH;\wfr D  
    u;qBW uO  
    2. 方法 |H'4];>R?  
     gf8DhiB  
    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： -q.tU*xf'  
    !h0#es\  
     JW4~Qwx  
    g0D(:_QXp:  
    amn\#_(  
    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。 $fwv'  
    M1/Rba Q  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 y J&`@gB  
     C&vUZa[p  
    5xawa:K  
    /i#~#Bn|  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 #JH#Qg  
    Kf$%C"  
    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。 .;0?r9  
    E$'Zd,|f=  
    1) 评估最大模式阶数 ,wN>,(  
    2=TQU33#  
    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： =hO0 @w  
    2 R !1Vl  
    ;U=RV&  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 #q"^6C 5  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 (gv1f  
    wYrb P11  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 !kl9X-IiI  
     lIg;>|'Z5&  
    :i&ZMH,O  
    q7 ;TdQ  
    y-TS?5Dr]  
    2）设置多模高斯光源 32r2<QrX  
    ESl-k2  
     i%8I (F  
    ix<sorR H  
    S(c,Sinc  
    3) 设置优化函数 tf?u ;n  
    \/J7U|@Lt  
    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)。 v:MJF*/  
    $Q[a^V~:  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ztNm,1pnQ  
     1Y"[Qs]"mU  
    J2BW>T!tuw  
    ]}_@!F)  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 aD aQ 7i  
    @tY)s  
    w a!g/ \  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ;hz"`{(JY  
    R$<LEwjSw  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 #HD$=ECcw  
    30(O]@f~  
    a. 打开参数优化 7(m4,l+(  
    HB+\2jEE  
    tK3.HvD  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 )SMS<J  
    `zNvZm-E  
    图2
    7u"t4Or  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： .u3!%{/v(c  
    Ixhe86-:T  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） N:j"W,8  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 S{7*uK3$  
     }+K SZ,  
    ^mLZT*   
    图3
    NGD?.^ (G  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 bE-{ U/;  
    p$XL|1G*?H  
    图4
    P;D)5yP092  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 tN&x6O+@  
    / vI sX3v  
    图5 !7MC[z(|N  
    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： ?lJm}0>  
     )_P|_(  
    图6
    Ht UFl  
    4.总结 .'md `@t  
    {{c/:FTEU  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 e&G!5kz!  
    / AFn8=9'^  
    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。 F6*n,[5(  
    jTbJL  
    QQ：2987619807     WQ/H8rOs  
     
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