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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
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    ,XU<2jv]  
    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。 vr"O9L w  
    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。 ka0MuQ M  
    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。
    Dr)B0]KG  
     Vmt$]/  
    1. 建模任务 ^? }-x  
    0-6rIdDTM  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线 ]V^ >aUlj  
    ~m3Q^ue  
    n86LU Sj5  
    2. 方法 4}`z^P<C  
    ;?4EVZ#o  
    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: "Doz~R\\  
    -%,=%FBi~4  
    ]jjHIFX  
    Q WcQtM  
    #Pt_<?JtV  
    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。 3N257]  
    pLSh +*F  
    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。 k'QI`@l&l  
    g8k S}7/  
    2u Zb2O  
    SMo nJ;Y  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ,+~8R"  
    \(_(pcl  
    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。 CVE(N/&b  
    %tB7 &%ut  
    1) 评估最大模式阶数 y*=sboX  
    T[Lz4;TRk5  
    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: 'h R0JXy  
    F_G .$a Cc  
    (1 (~r"4I  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Hsn'"  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 Wn2'uZ5If  
    bb  M^J  
    此例中:由下图光强分布计算出的nmax为3,mmax为0。 sKCYGt$  
    ml@;ngmp.  
    L I*=T   
    bFjH* ~ P  
    'Fy"|M;2  
    2)设置多模高斯光源 CFC15/yU  
     LAkBf  
    #N"m[$;QR  
    G9|2 KUG  
    h+=IxF4  
    3) 设置优化函数 eSQkW  
    ^hXm=r4ozR  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器:谐波场集的衍射光学优化函数探测器(Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector)(Snippet 028)。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 k3K*{"z  
    oqAO@<dL!  
    a.选择优化函数:双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中,我们选择转换效率(Conversion efficiency)和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 kDol1v`  
    nrHC;R.nE  
    !wN2BCSY@  
    z%S$~^=b  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 C~egF=w  
    @^T~W^+  
    w? >f:2(=[  
    4) 进行参数优化(Parametric Optimization) l^Ob60)2  
    4GbfA .u  
    VirtualLabTM的参数优化(Parametric Optimization)可以用来计算模式权重。 %N)B8A9kh  
    $C.a@gm  
    a. 打开参数优化 EsGf+-}|!0  
    ((C|&$@M  
    d(|q&b:  
    图1
    b. 选择优化变量,即四个模式 E*O($tS  
    !m^;wkrY  
    图2
    l]4=W<N  
    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: TG[u3 Y4  
    ckMG4 3i\j  
    -转换效率(conversion efficiency)=100%(目标值) +: x[cK  
    -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。 & XmaGtt  
    hw,nA2w\  
    Tf~eH!~0  
    图3
    ,VS(4  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 y_X jY  
    o2X95NiH  
    图4
    OHi.5 (  
    e. 运行后,得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 _aR{B-E  
    9 wZ?")2  
    图5 g3].STz6w  
    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: Ie(i1?`A8  
    hH 5}%/vF  
    图6
    K(i}?9WD  
    4.总结 o!:Z?.!  
    XHekz6_  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 "h#R>3I1)  
    dpTsTU!\  
    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。 g!R7CRt%  
     +=jS!  
     
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