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    [分享]真实多模激光的建模 [复制链接]

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    在线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） _ {wP:dI "  
    相关文件：Tutorial_101.01，Snippet_028 =z"+)N  
    需求：VirtualLab™5.11.1-基本工具箱 %c\k LSe  
    许可证：CC-BY-SA 3.0 w$9LcN  
    3 1-p/  
    摘要 I-g/ )2  
     0mUVa=)D  
    =c*l!."0  
    1). 这个案例展示了如何在VirtualLab中对一个真实的多模激光源建模，如二极管激光器或受激准分子激光器。 #>bj6<  
    2). 因此，首先我们需要对于一个真实的多模激光光源进行远场强度测量。 /u.ZvY3,  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     EZ|v,1`e  
    P$k*!j_W  
    1. 建模任务 R Qo a  
     m Rw0R{  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 1F5KDWtE  
    Q*%}w_D6f  
    J@$~q}iG  
    2. 方法 Wpl/CO5z  
     HBOyiIm Q  
    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： a= j'G]=  
    D 6 y,Q  
     `a MU2  
    "#o..?K  
    z dgS@g  
    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。 ;T WLo_  
    p+V#86(3  
    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。 "t.` /4R2w  
     =gQ9>An  
    -GCo`PR?b  
    Su2{nNC>  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 6^'BTd  
    (V jU,'h  
    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。 6u+aP  
    ySmbX  
    1) 评估最大模式阶数 2NMs-Zs  
    ,oA<xP-*  
    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： 'v V7@@  
    b@;Wh-{d  
    s< FBr,  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 MHK|\Z&e7  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 0Z8"f_GK  
    pzz* >Y  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 _/I">/ivlM  
     ] c7X~y  
    _&#{cCo:  
    qt~=47<d  
    jhm??Af  
    2）设置多模高斯光源 !&rd#ZBn  
    l,4O  
     -U=Ci  
    "GK9Y  
    U;MXiE3D  
    3) 设置优化函数 O9sEaVX  
    + GI906K  
    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)。 rKrHd  
    PVo7Sy!'H  
    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。 K@O^\  
     =+!l8o&o,  
    Tf86CH=)5  
    W}CM;~*L  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ;2<5^hgk  
    Mu? |<#s  
    t R|dnC4U  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） Ku75YFO,5  
    /D&&7;jJ  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 sCFxn  
    +P2oQ_Fk`9  
    a. 打开参数优化 eluN~T:W  
    yWi-ic [n  
    !ajBZ>Q  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 vQljxRtW  
    nF,F#V8l  
    图2
    SMX]JZmH  
    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_JQPup  
    e7RgA1  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） N*o{BboK;  
    -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。 3f[Yk# "  
     U)/.wa>  
    :R Iz6Tz  
    图3
    6O7s^d&K  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 hx:q@[ +J/  
    }Kp!,  
    图4
    8=`L#FkRp  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 p0Jr{hM  
    Q/+`9z+c  
    图5 @NLcO}  
    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： 8s1nE_3  
    rAH!%~  
    图6
    F8f}PV]b  
    4.总结 Jka>Er  
    &lQ%;)'  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 y{%0[x*N<m  
    D.K""*ula  
    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。 :ky`)F`  
    >h\y1IrAaG  
    QQ：2987619807     k]~o=MLmj  
     
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