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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
    u%E8&T8,  
    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。 -1d*zySL  
    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。 ?Tu=-ppw  
    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。     F4WX$;1  
    JtxVF !v  
    1. 建模任务 R8eBIJ/@_  
     -C}"1|P!  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ _z{9V7n4  
    d;wq@ e  
    <eS/-W %n6  
    2. 方法 /j4G}  
     F;h^o!W7r  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： (w5cp!qW9J  
    gO "G/  
     VKX|0~  
    _@[W[= |H  
    lNyyL Lt  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 5B2p_$W#  
    hfyU}`]  
    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。 /2c(6h  
     W} H~ka  
    N[Ei%I  
    n*na6rV\k  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 QT^b-~^  
    B@i%B+qCLv  
    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。 nGYi mRYO  
    nqUnDnP2c  
    1) 评估最大模式阶数 $qdynKK  
    0H^*VUyW/  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： `67i1w`  
    ]H}2|~c  
    eL(<p]  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Og1vD5a  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 U4K ZPk  
    {cIk-nG -_  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 (PGw{_  
     &?H$-r1/?V  
    :H m'o}  
    ?2Z`xL9QT  
    Qg(;>ops  
    2）设置多模高斯光源 a~_JTH4=t  
    /(hTk&  
     wS#Uw_[  
    rXD:^wUSc  
    H{=G\N{  
    3) 设置优化函数 `Ng Q>KV!  
    :}Yk0*  
    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)。 5  >0\=  
    z+6PVQ  
    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。  .nrbd#i-  
     Y3&,U  
    \OFmd!Cz  
    W4d32+V  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 %,02i@Fc  
    `P !idg*  
    *9kg \#  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） h`N2M,  
    *p\Zc*N;%  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 ;)CN=J!  
    dEKu5GI  
    a. 打开参数优化 tNzO1BK  
    7>O`UT<t4@  
    <Y?Z&rNb  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 Zf!Q4a"  
    8_HBcZWs  
    图2
    zs I?X>4  
    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： r1<*=Fs=>>  
    +<[q"3  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） $Uy+]9  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 -WqhOZ  
     Q}lCQK/g  
    f7Nmvla[q  
    图3
    ;iKtv+"  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ^#Q-?O  
    B47I?~{  
    图4
    ]zJO)(d$>  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 P* 0kz@  
    O]=jI  
    图5 CV"}(1T  
    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： z!bT^_Cc0  
    -sJD:G,%  
    图6
    +39uKOrZ  
    4.总结 mL`8COA  
    +)q ,4+K%}  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 w$f_z*/  
    6X h7Bx1  
    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。 ?|W3RK;  
     ,s 3|  
     
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