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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） R^6Zafp  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 9x[ U$B  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 Y&g&n o_  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 M J\r 4n  
    .it2NS  
    摘要 x9~[HuJ  
     e3g_At\  
    >C# kqxfg  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 ]-a{IWVN  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 oq. r\r  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     q#'VJA:A5&  
    9n 6fXOC  
    1. 建模任务 `.8UKSH+  
     HCazwX  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ )!sa)\E?  
    o:9$UV[  
    ]F+K|X9-  
    2. 方法 puF%=i  
     akCIa'>t  
    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： ]u0Jd#@  
    #w*"qn#2Uz  
     ?:/|d\,7@  
    c3#q0Ma  
    e9:P9Di(b  
    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。 ]"h=Qc  
    (bvoF5%  
    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。 02pplDFsM  
     ;wgFr.#hp@  
    v)+@XU2wZ  
    1a8$f5  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 N5!&~~  
    c&m9)r~zP  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 oCuV9dA.  
    8^vArS;  
    1) 评估最大模式阶数 o%qkqK1  
    hDvpOIUL1  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定：  CC#C  
    V.2[ F|P;3  
    #KE;=$(S  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 J*K<FFp3<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 zmbZ  
    u5F}(+4r  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ?wCs&tM  
     eM }W6vIn  
    N"1 QX6  
    I N_gF_@%  
    .CS v|:'1  
    2）设置多模高斯光源 ]nc2/S%  
    ]! )xr  
     ~6HDW  
    JO}?.4B  
    tT-=hDw  
    3) 设置优化函数 enumK\  
    VYigxhP7  
    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)。 x8/us  
    41}/w3Z4  
    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。 /buWAX 1  
     -)RJ\V^{9  
    N9`97;.X  
    iRs V#s  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ^1VbH3M  
    OoM_q/oI  
    c/'M#h)"  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 5Eal1Qu  
    = UUd8,C/  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 aTClw<6}  
    >[Rz <yv  
    a. 打开参数优化 %)JRbX<c  
    F[]&1  
    ! TDD^  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 "K ?#,_  
    5~U:@Tp  
    图2
    \JU{xQMB  
    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： g@u;Y5  
    H"D 5 e  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 0!_*S )  
    -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。 k* Pz&8|  
     fYn{QS?  
    WgPgG0VJE  
    图3
    H%C\Uz"o  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化  f`J|>Vk  
    Yrsp%<qj  
    图4
    ?l 9=$'  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 @/(@/*+"  
    O9*p0%ug  
    图5 Bk@WW#b  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： +V1}@6k :  
    e?=elN  
    图6
    v F[CWV.  
    4.总结 Pw  xIz  
    ]#5^&w)'  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 L$}g3{  
    |*E"G5WZM  
    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。 8f-:d]  
    XN(tcdCG  
    QQ：2987619807     QT;Va#a  
     
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