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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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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    PQf FpmG  
    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。 Jr1^qY`0+  
    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。 Yh"Z@D[d  
    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。     ;z%& 3u/  
    0.+iVOz+Y  
    1. 建模任务 faJ5f.  
     Oq!u `g9  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ R o%S_!  
    crvWAsm  
    ~2"|4  
    2. 方法 kZn!]TseN  
     MjG .Ili$m  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： 5B98}N  
    rj{'X  /  
     N ~ LR  
    _I'O4s1S  
    kXG+zsT  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 i%\nJs*  
    4+ 4? 0R  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 Xi0/Wb h\  
     X\$M _b>O  
    6tnAE':  
    8zpK; +  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 iPkG=*Ip(%  
     sRoZvp 5  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 T!;<Fy"p  
    sI^1c$sBN  
    1) 评估最大模式阶数 c85B-/  
    fc!%W#-  
    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： T;FzKfT|  
    eueXklpg+  
    E!Ng=}G&_  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 -'8|D!>v2  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 _IY)<'d  
    =jG3wf*  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 .b]oB_  
     &0ULj6jj  
    }  g  
    DPe`C%Oc1  
    _ l/6Qpf  
    2）设置多模高斯光源 -D V;{8U4  
    C8n1j2G\  
     Pb~S{):  
    Riw>cVi~  
     ! $d:k|b  
    3) 设置优化函数 =h&^X>!  
    JLG5`{  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 C6, Bqlio  
    ;M JM~\L0  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 K}$PIW  
     %%DK?{jo`  
    ~S=hxKI  
    Ads^y`b  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2C-RoZ~  
    vJcvyz#%1  
    5aWKyXBIx  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） 8zY)0  
    -,+JE0[  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 F,EHZ,<V  
    i>w>UA*t  
    a. 打开参数优化 9PR&/Q F5  
    $23R%8j   
    ?px x,o6l  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 S63L>p|ml  
    ](0A/,#q6  
    图2
    XM_S"  
    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： Dk7"#q@kx  
    Gge"`AT  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） L ~;_R*Th  
    -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。 z?i82B[Tm  
     p4el9O&-tV  
    4<O[d  
    图3
    F 'h[g.\}  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 .}0Cg2W  
    h7Ma`w\-  
    图4
    DSIa3! 0  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 w}2yi#E[  
    &MKv _  
    图5 , n EeI&  
    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： {fS/ZG"5<t  
    2s(K4~ee  
    图6
    |Rab'9U^  
    4.总结 hz/5k%%UX  
    =!{dKz-&  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 !}vz_6)  
    i\ PN  
    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。 lOE bh  
     20Rgw  
     
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