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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） cq I $9  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 t "VT['8  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 fd'kv  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 w"' Pn`T  
    50_[hC&C)  
    摘要 HMd?`  
     )\1>)BJq  
    KQf WpHwfj  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 ,Cr%2Wg-  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 t\Vng0  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     ]o] VS  
    /8l-@P. o  
    1. 建模任务 jEBn"]\D  
     r2RJb6  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ M/o?D <'  
    rI$NNk'A  
    y0xBNhev  
    2. 方法 #}^waYAk)  
     4/(#masIL  
    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： hz:7W8  
    'zUV(K?2]  
     m9[ 7"I  
    $Tbsre\MJ  
    [%K6-\S  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 Qder8I  
    3yx[*'e$  
    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。 JBpV'_"]  
     c,1  G+.  
    w9|x{B  
    Biv)s@"f-Q  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 -64l f-<  
    (.#nl}fA  
    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。 c6:uM1V{  
    yY#h 1  
    1) 评估最大模式阶数 tX^6R  
    B#g~c<4<  
    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： og";mC  
    6_`Bo%  
    'Ix@<$~i3F  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Q/|.=:~FO  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 .)/ ."V  
    V?EX`2S  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 UBL{3s^"  
     lAnq2j|  
    Wc@ ,#v  
    t'2A)S  
    6Q:Wo)^!  
    2）设置多模高斯光源 'w ,gYW  
    !=YEhQ-  
     W`x.qumN  
    .=eEuH  
    3jZGO9ttnS  
    3) 设置优化函数 jRg/N_2'2  
    6k hBT'n  
    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)。 y[b 8rv  
    1'f_C<.0  
    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。 z|Y54o3  
     ;a?<7LIx  
    v? ."`,e  
    O|t>.<T?  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 r|l?2 eO~  
    (7qlp*8.s  
    Cf(WO-F^  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Phi5;U!  
    ,yC..aI  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 xn`)I>v  
    n$2oM5<  
    a. 打开参数优化 VJ\qp%  
    uzH MQp  
    )h@PRDI_  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 ~HIj+kN  
    aV$kxzEc  
    图2
    }.o.*N  
    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： t"B3?<?]  
    9]v,3'QI  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） tU?BR<q  
    -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。 +q pW"0[  
     '9!_:3[d\]  
    =@d#@  
    图3
    z I2DQ] 9  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 E n7~wKF  
    z%E(o%l8  
    图4
    'd2 :a2C]  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 deAV:c  
    MiZ<v/L2  
    图5 ?1L<VL=b  
    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： ^mL X}E]  
    X{x(p  
    图6
    8=$XhC  
    4.总结 \0 ~?i6o  
    ZP~H!  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 `<g]p-=":  
    QqQhQGV  
    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。 no8\Oees  
    !-)!UQ~|8  
    QQ：2987619807     $9?:P}$v  
     
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