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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） BZ94NOOdw  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 [;4 g  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 >BIMi^  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 Ygm`ZA y  
    "Gfh,e  
    摘要 5gH1.7i b  
     CJ/X}hi,  
    w k(VR  
    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。 =)M/@T  
    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。 &oP +$;Y  
    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。     D"Bl:W'?j  
    wxR,OR  
    1. 建模任务 R@58*c:U(  
     7L`A{L  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ $:=A'd2  
    0[R L>;D:  
    4,bv)Im+ `  
    2. 方法 54gBJEhg  
     [>+4^&  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： hv`~?n)D66  
    )JDs\fUE  
     *?5*m+  
    I?h)OvWd  
    iQ tN Aj  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 i2@VB6]?  
    #+:9T /*>0  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 =}lh_  
     RHaI~jb  
    .GsV>H  
    <Y*+|T+&d  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 (_niMQtF}  
    8|):`u  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ~xA-V4.  
    8UW^"4  
    1) 评估最大模式阶数 .R) D3NZp  
    G3+.H  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： nim*/LC[:  
    HFKf kAl  
    _K`wG}YIE  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 =[H;orMr  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 -(~.6WnhS  
    Vr)<\h  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 FK:;e lZ  
     cGtO +DE  
    -9%:ilX~  
    ))R5(R  
    %j:]^vqFA  
    2）设置多模高斯光源 J@^8ko  
    f1`gdQ)H  
     'z0:Ccbj  
    8J=? 5  
    MC?,UDNd%  
    3) 设置优化函数 oo,uO;0G  
    pf%=h |  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 O;z,qo X  
    cWEE%  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 aK&b{d  
     UM!ENI|  
    JI?rL  
    ;'?l$ ._  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 K-e9>fmB#  
    M3J#'%$  
    <A[E:*`*  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 1QqYQafA  
    +vYoB$!  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 o 4`hY/<t  
    FYOD Upn  
    a. 打开参数优化 @PN#p"KaT  
    ,LTH;<zB)  
    |M>eEE*F<  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 NS9B[*"Jl  
    E'v _#FLvR  
    图2
    __`*dL>*  
    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： RSr %n1  
    _.>QEh5"5  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 3t`P@nL0;  
    -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。 f_wvZ&  
     Tu@8}C  
    <p}R~zk  
    图3
    - |kA)M[  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 mYxuA0/k  
    j Yx38_5e  
    图4
    I'\kFjc  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 kUq=5Y `D  
    V\6=ySx  
    图5 ICuF %  
    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： unshH<  
    #OBJzf*p  
    图6
    [r3!\HI7x  
    4.总结 H70LhN  
    rE i Ki  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |s)Rxq){"V  
    &/mA7Vf>eR  
    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。 @WJg WJm  
     '/`= R  
    QQ：2987619807     W [Of|?  
     
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