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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-09-16
    作者：Daniel Asoubar（LightTrans） < Gr9^C  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 j7@!J7S  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 A$7Eo`Of  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 ElQJ\%  
    OM20-KDc5  
    摘要 ,^.S0;D,Z  
     _&W0e}4  
    iD%qy/I/  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 z@!^ow)`J  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 M'\pkzx  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     Rr+qg t;f5  
    LKqRvPnh  
    1. 建模任务 ZJ^s}  
     @<vF]\Ce  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ "0|BoG  
    /K_ i8!y  
    HR[Q ?rg  
    2. 方法 o*%3[HmV  
     GS}0;x  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： }l.KpdRT2  
    OYBotk]{1  
     {V[Ha~b%*  
     Nm jzDN  
    -"F0eV+y  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 65lOX$*{-  
    XDHLEG-u(  
    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。 clHM8$  
     (tJ91SBl  
    "VV914*z  
    +jcdf}  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 EtGH\?d~]  
    DeA@0HOxh  
    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。 %h0D)6 j  
    )j\r,9<K+5  
    1) 评估最大模式阶数 `/c7h16  
    u/ }xE7G  
    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： `Gf{z%/  
    * !X4&#xP  
    Z%Vr+)!4  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 F\JLbY{x]  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 =h(7rU"Yz  
    'w}p[(  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 3KtAK9PT  
     CP +4k.)*O  
    Hr8\QgD<4  
    YQ52~M0L  
    R3$@N  
    2）设置多模高斯光源 _~PO  
    D^n xtuT*  
     [4Y[?)7  
    NNgK:YibD  
    }bp.OV-+  
    3) 设置优化函数 <p09oZ{6  
    3Mw}R6g@#  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 (JWv *p  
    7iP5T  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 6zuze0ud  
     97!H`|u <  
    ^=k {~  
    _y>}#6B  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 =w6}\ 'X  
    q=njKC  
    au}s=ua~i  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） gd K*"U  
    Gp,'kw"I  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 xLZ bU4  
    |!oXvXU  
    a. 打开参数优化 o'96ON0  
    ( :iPm<  
    aF!WIvir  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 KhrFg1|  
     f -7S:,  
    图2
    of=ql  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： |e:rYLxm:  
    h<)yJh  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） bTiBmS  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 5\&]J7(  
     nW11wtiO.  
    .ots?Ns  
    图3
    e9lOk)`t  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 YIO.yN"0  
    ~?CS_B *  
    图4
    ,aWCiu}  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 -n-Z/5~ X  
    ?T <rt  
    图5 FJ}gUs{m  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： JDKLKHOMZ  
    ZB$NVY  
    图6
    Gp8psH  
    4.总结 gX_SKy  
    ~{$L9;x  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Sj@15 W  
    a5)JkC  
    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。 @gEr+O1K(  
    &1l~&,,  
    QQ：2987619807     >P<'L4;  
     
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