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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） !CY*SGO  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 P?jI:'u!R.  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 y@AUSh;  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 lS!O(NzqE'  
    j0n.+CO-{  
    摘要 A!uiM*"W  
     IJ:JH=8  
    O*n@!ye  
    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。 Adfnd  
    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。 *Uf>Xr&  
    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。     & IsPqO  
    gO@LJ  
    1. 建模任务 Id>I.e4  
     *D`$oK,U  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ ; 3sjTqD  
    )t:8;;W@Ir  
    w6-<HPW<S  
    2. 方法 [9F  
     s"2+H}u   
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： W A*1_  
    (B?ZUXM,  
     %ZDO0P !/  
    afu!.}4Ct  
    X+N8r^&  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 ^7t1'A8e<  
    : &~LPmJ  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 qagR?)N)u  
     m6A\R KJ'  
    k\g:uIsv$  
    KYl!Iw67d  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ~8-xj6^  
    [dqh-7  
    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。 |8)\8b|VuC  
    a6;5mx  
    1) 评估最大模式阶数 8,e%=7h_e  
    (rq(y$N  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： mHH>qW{`  
    'tjqfR  
    9g.5:  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 YlR9 1L X  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 aB`jFp-  
    !\^W*nQ>l  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 XPnHi@x  
     A!}Ps"Z  
    mrr -jo  
    Y n0iu$;n  
    H6/gRv@  
    2）设置多模高斯光源 8q:# '  
    jx ?"`;a  
     YgjN*8w\  
    QiJ  
    +Y$EZL.A  
    3) 设置优化函数 SDs#w  
    )#`&[9d-  
    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)。 j[dgY1yE:  
    n8`WU3&  
    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。 Ry?f; s  
     J6<O|ng::  
    &)_ z!  
    #]Jg>  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 1jaK N*  
    P'*Fd3B#A=  
    H?V b   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） o%0To{MAF-  
    $\M];S=CY  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 aP"!}*  
    Jje!*?&8X  
    a. 打开参数优化 %36@1l-N  
    8xkLfN|N=  
    ,lFp4 C  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 s#(%u t  
    T8yMaC  
    图2
    FPM l;0{  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： wzBw5n f\  
    ,zxv>8Nt  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） @ rF|WT  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 62K#rR S  
     oArJ%Y>  
    x0)WrDb  
    图3
    >2X-98,  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 : LT'#Q8  
    9}H]4"f7  
    图4
    cH+ ~|3  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 *d PbV.HCl  
    {faIyKtW  
    图5 Fh|{ib  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： usC$NVdm  
    > `0mn|+  
    图6
    $dA]GWW5A  
    4.总结 xn,9Wj-  
    NOKU2d4 G  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 E=`/}2  
    )V&hS5P=S  
    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。 (L(n%  
    ''3I0X*!  
    QQ：2987619807     `3@?)xa  
     
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