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    [技术]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: 2023-05-22
    Ne%X:h  
    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。 3I]5DW %-  
    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。 VuGSP]$q  
    3). 基于远场强度的测量，通过参数优化（Parameter Optimization）来计算光源的最优模式的混合。     ZYG"nmNd  
    _wIAr  
    1. 建模任务 VrpY BU  
     "'%x|nB  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ XIU2l}g  
    `g7' )MSy  
    ;Bm{_$hf=  
    2. 方法 !T}`h'  
     m9/a!|fBE  
    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： q_!3<.sf  
    F XbNmBXF  
     F)C8LH  
    fI6F};I5}T  
    so;aN'{6@  
    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。 \>+gZc]an  
    =3FXU{"Qi4  
    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。 2l9_$evK~  
     `+U-oqs  
    1!~9%=%  
    )[A}h'J)  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 h<?Vzl  
    ;I9D>shkc  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 d< y B ~Y  
    f.!cR3XgV  
    1) 评估最大模式阶数 56fcifXz@  
    ;lGjj9we>  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： co: W!  
    /gxwp:&lY  
    m$]?Jq  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 .^/OL}/~<  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 !aLL|}S  
    VQ +Xh  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 X4jtti  
     s+aeP  
    ALhu\x>AY  
    q?`bu:yS  
    ?]:3`;h3  
    2）设置多模高斯光源 *\emRI>  
    ^X^4R1V)  
     ?>2k>~xlQ  
    W}Z'zU?[  
    $cjidBi`):  
    3) 设置优化函数 b?y3m +V`  
     E;k'bz  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 }=NjFK_6  
    -|g~--@Q  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 cO' \s  
     Wfp[)MM;  
    yKi* 8N"e<  
    ri6_u;Ch  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 XJGOX n$/  
    k<m{Wp;-  
    H.*XoktC]  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） k5(@n>p  
    q45Hmz  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Ig~lD>dnr'  
    2-FL&DE  
    a. 打开参数优化 U5odSR$  
    phd,Jg[  
    %6L{Z*(  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 2}K7(y!?u  
    =j6f/8   
    图2
    !M6*A1g5  
    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： tAefBFu  
    I6~.sTl  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） XB zcbS+  
    -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。 :A>cf}  
     {U>B\D  
    )bXiw3'A  
    图3
    M#UW#+*g!  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ,F]Y,"x:  
    6|L<? X  
    图4
    5?{a=r9  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 `$7. (.#s  
    m\RU |Z  
    图5 \}Z5}~S  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： K} LmU{/t/  
    JdF;*`_7*  
    图6
    Hz `aj  
    4.总结 '(r/@%=U  
    wknX\,`Q  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 N[:;f^bH49  
    8HDYA$L  
    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。 1:(qoA:  
     A!\ g!*  
     
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