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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） K/^ +eoW(  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 ND5$bq Nu?  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 `?"6l5d.]  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 %t*  
    P>(P2~$Y"  
    摘要 {pWBwf>R C  
     Fi4UaJ3K  
    )s)_XL  
    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 eLW&  
    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。 <C'Z H'p  
    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。      x0A7O  
    u`_*g^5q"  
    1. 建模任务 }$&xTW_  
     RP! X8~8  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ )T1iN(Z  
    z\TLsx  
    [k$efwJ  
    2. 方法 Ja|{1&J.  
     uFG<UF  
    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： bAEg$A  
    e\F} q)_  
     QB&BTT=!  
    XN#&NT{t}  
    ~jN'J+_$  
    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。 n-J2/j  
    x GH1epf  
    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。 /:Lu_)5   
     6S1m<aH6  
    FOH@OY  
    Dz;HAyPj  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 .Q* 'r& n  
    Xgat-cy'DA  
    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。 dU_;2#3m  
    |quij0_'e  
    1) 评估最大模式阶数 =rFN1M/n{E  
    p=Y>i 'CG  
    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： N|K4{Frm  
    vWjnI*6T#  
    `s"d]/85VW  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 pf&ag#nr  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 p?# pT}1  
    hH>``gK  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 D-&a n@  
     94/BG0  
    taWqSq!  
    Ak@Dyi?p  
    Z[?mc|*x  
    2）设置多模高斯光源 mJ5H=&Z  
    skg|>R,kE  
     np9dM  
    !*{q^IO9v&  
    ezm&]F`  
    3) 设置优化函数 #7G*GbKY  
    I&VTW8jB  
    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)。 vXE0%QE'Q  
    iE].&>w  
    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。 b:W-l?  
     xHA0gZf  
    6%Mt  
    r! %;R?c  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 8LzBh_J?  
    ?-)I+EAnE  
    U7h(`b  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） neZ.`"LV  
    i^msjA  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 pzZk\-0R  
    d+eZub94U  
    a. 打开参数优化 4rg2y]  
    a_~=#]a  
    pCi#9=?N  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 tq1CwzRX  
    p>w]rE:}  
    图2
    <AH1i@4  
    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： Y f@e=:  
    Ifc]K?  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） *ISZlR\#  
    -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*7<)VwI  
     M5357Q  
    mHc>"^R  
    图3
    , t5 '  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ypOLp SYk  
    q?qC  
    图4
    v=@TWEE  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 8.AR.o  
    =@&cHY  
    图5 ElhRF{R  
    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： :KJ pk:<  
    l e4?jQQ@L  
    图6
    m,i,n9C->  
    4.总结 a' Ki;]q  
    Fb22p6r  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 nfSbM3D]h  
    :}8Z@H!KkY  
    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。 afBE{  
    IYn]U4P.  
    QQ：2987619807     \MC-4Yz  
     
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