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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    离线infotek
    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） 6dr 'nP  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 /-[vC$B"  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 S W%>8  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 D5P-$1KPt  
    h$!YKfhq}  
    摘要 E4892B:`  
     } u;{38~  
    yV:8>9wE8  
    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。 C?gqX0[ q  
    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。 9S@x  
    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。     xz!0BG  
    =f!A o:Uc  
    1. 建模任务 K $- *  
     63=&??4  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ N'ER!=l)  
    6LCtWX  
    +d\o|}c  
    2. 方法 ?5nEmG|kO  
     q=5aHH% |  
    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： <|_>r`@%l  
    ,W)DQwAg  
     IdAh)#) 7  
    $5 mGYF]  
    SED52$zA  
    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)g_LL>^  
    B1 }-   
    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。 uK"  T~  
     V_J0I*Qa4  
    -#f.}H'  
    PzSL E>Q  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 D=z~]a31!  
    cmXbkM  
    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。 _dd! nU\A|  
    iRsB|7v[,  
    1) 评估最大模式阶数 3k/E$wOj  
    U| Fqna  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 7@<.~*Bl6  
    Ct)58f2  
    ({t^/b*8  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 }[JB%  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 hO8xH +;  
    yk?bz  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 HC$%"peN1b  
     \HLo%]A@M  
    0"OEOYs}  
     wkZwtq  
    Ak@!F6~  
    2）设置多模高斯光源 ]?VVwft  
    8 8_ef7w  
     B N79\rt  
    #[=kQ&  
    tI{]&dev  
    3) 设置优化函数 eWAD;x?.  
    -z`%x@F<&L  
    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)。 -8qCCV&1i  
    B3ItZojAuw  
    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。 >(a35 b$  
     akyMW7'3V<  
    L/:l>Ko>7  
    +I3Vfv  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 o664b$5nsI  
    J;_4 3eS  
    -yqgs>R(d  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） aNu.4c/5  
    gEk;Tj  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 EX_j|/&tZ  
    7e+C5W*9b  
    a. 打开参数优化 $t%IJT  
    EF :g0$  
    {`SMxDevc}  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 N[W#wYbH  
    ?]D&D:Z?I  
    图2
    -b^dK)wR~  
    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： ly` A,dh  
    ;VKWY  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） [Kc?<3W  
    -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。 (y]Z*p:EW  
     Kc\8GkdB  
    KuJ9bn{u!C  
    图3
    {BJ>x:2  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 L /ibnGhq]  
    D{JjSky  
    图4
    yx|iZhK0:}  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 1=J& ^O{W  
    8B*(P>  
    图5 P{A})t7  
    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： PI*@.kqR-  
    D-{*3?x  
    图6
    j#p;XI  
    4.总结 iKo2bC:.&  
    4E.9CjN1>  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 Xsa8YP9  
    *90dkJZ.  
    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。 ra'/~^9  
    4\-11!'08  
    QQ：2987619807     `]W9Fj<1j  
     
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