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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） m<*+^JN  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 :RBeq,QaO  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 ]ZI@?H? O  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 -0NkAQrg  
    qc3,/JO1  
    摘要 cqm:[0Xf5>  
     Rz*GRe  
    M@*Y&(~  
    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。 8"V1h72vcW  
    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。 "%_T7 A ![  
    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。     M}=>~TA@  
    ZcTjOy?  
    1. 建模任务 |S:erYE,G  
     :<5jlpV(  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ (>lH=&%zj  
    l%2 gM7WMY  
    ~Ra8(KocD  
    2. 方法 ^E+fmY2a  
     OF-g7s6VH  
    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： IQ xi@7%&  
    ^^a%Lz)U  
     ~K(mt0T )  
    kcMg`pJ4<  
    _C|j"f/}  
    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。 \,lIPA/L  
    y!q`o$nK  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 .4<lw  
     la^K|!|  
    HLc3KYIk  
    38:5g_  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 F9A5}/\  
    5%@~"YCo  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 gebL6oc%  
    82o|(pw  
    1) 评估最大模式阶数 >q ,Z*s>?  
    vw-y:,5`t8  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 10N0?K"  
    {Wfwf  
    OgHqF,0MN  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 9eR";Wm])  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 v0T?c53?  
    t{`krs``  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 :X}Ie P  
     *R7bI?ow  
    |A+,M"F?  
    Deq@T {  
    nE bZ8M  
    2）设置多模高斯光源 G 6xN R  
    ]]y,FQ,r  
     9`KFJx6D  
    bHXoZix  
    7Rc>LI* '  
    3) 设置优化函数 b+L!p.:  
    u_FN'p=.  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 !"'6$"U\K  
    en6;I[\  
    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。 m9\~dD  
     6^2='y~e  
    !JVv`YN  
    1{1mL-I;  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 +I}!)$/  
    `\/\C[Gg  
    . +,{|){c  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） `P$X`;SwE  
    0<^Q j.(9  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 43~v1pf{!  
    Ag&K@%|*  
    a. 打开参数优化 7;Vmbt9  
    S,a:H*Hf  
    <q&i"[^M  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 _lC0XDZ  
    CioS}K  
    图2
    R0G!5>1i  
    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： 3T[zieX  
    "I@akM$x  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Q!I><u  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Bw9O)++  
     nB/`~_9  
    ^b^buCYw  
    图3
    =Wz)(N  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 def\=WyK  
    Digx#'#jf  
    图4
    Iv u'0vF  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 ,L-V?B(UQ  
    p[;@9!t  
    图5 J~h9i=4<bF  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： }C$D-fH8sW  
    e+?;Dc-SJ\  
    图6
    f>m ! }F:  
    4.总结 dl6Ju  
    ;{0%Vp{  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ,pUB[w\  
    +,)Iv_Xl$  
    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。 7Jpq7;  
    |EY1$qItid  
    QQ：2987619807     ]H<}6}Gd  
     
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