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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
    -7,xjn  
    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。 i%w[v_j  
    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。 )65 o  
    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。     4WU%K`jnXb  
    d|#sgGM<8  
    1. 建模任务 VN6h:-&iY  
     1ml>  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ `d]D=DtH  
    mucKmb/  
    xo3bY6<n  
    2. 方法 @c,Qj$\1  
     7vO3+lT/Y;  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： t)o!OEnE  
    WX<),u2@  
     M9so3L<N0  
    ;|7]%Z}%  
    a^/j&9  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 FbO\#p s  
    s[6y|{&ze  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 }\Kki  
     o+Cd\D69S  
    Q #!|h:K  
    :+Ti^FF`w  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 bit@Kv1<C  
    DvL/xlN  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 "A?&`}%  
    >wx1M1  
    1) 评估最大模式阶数 L WwWxerZ  
    0P)"_x_  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： yvN;|R  
    e+416 ~X v  
    F&pJ faig  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 )/uu~9SFd  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 JSO'. [N  
    q8 jI y@  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 &\Kp_AR  
     oY Y?`<N#  
    Y243mq-  
    6IRzm6d  
    1=NP=ZB  
    2）设置多模高斯光源 Vm6 0aXm_  
    ? }t[  
     aG&ay3[&  
    |,ws3  
    Q--Hf$D]H  
    3) 设置优化函数 f\c m84  
    c ow]qe6K  
    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)。 jbrx)9Z+%  
    (c3%rM m]  
    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。 o]gS=iLp  
     3/d`s0O  
    Dq$co1eT  
    C{g Y*+  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 4\Nt"#U)g  
    1 UyQ``v/  
    /U1&#"P  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） P/9iB/  
    xNLvK:@0p  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Y#[Wv1hi  
    "V7 SB   
    a. 打开参数优化 @ckOLtxE>  
    >o45vB4o  
    6B pm+}  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 fQ.{s Q$@h  
    &i/QFO7y}  
    图2
    gJkvH[hDY  
    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： Qx{[#[Da  
    %BV 2 q  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） *Y!c6eA  
    -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。 XwerQwO=  
     0qdgt  
    Z3jtq-y  
    图3
    O:^m#:[cE  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 RMrrLT  
    9gS.G2  
    图4
    -( d,AX  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 hp:8e@  
    R3`Rrj Z  
    图5 ;Xzay|  
    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： kVG]zt2  
    $IdY(f:.:5  
    图6
    fxR}a,a  
    4.总结 ?n]e5R(cj  
    =2BB ~\G+  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 slV7,4S&!  
    {1jywb }  
    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。 q^.\8zFf  
     ZJ|@^^GcL  
     
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