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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
    xz,M>Ua  
    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。 |txzIc.#  
    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。 2b :I .  
    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。     _b=})**  
    .3 ^*_  
    1. 建模任务 >rh<%55P`  
     Q?9eu%G6I  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ Ax!fvcsN  
    wp-3U}P2(  
    6(HJYa  
    2. 方法 RWn#"~  
     jqoU;u`  
    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： 9AQ2FD  
    / pR,l5  
     9x9E+DG#(  
    =E8Kacu%  
    H329P*P  
    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。 a\I`:RO=<Z  
    I]ol[ X0S  
    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。 Fd9Z7C  
     UX'tdB !A  
    6K9-n}z  
    u #7AB>wi{  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 Q9t.*+  
    a3(f\MM xE  
    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。 zU};|Zw  
    W@FGU  
    1) 评估最大模式阶数 '}NH$ KA  
    e?-LB  
    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： jY\YSQ  
    Wy$Q!R=i  
    2l4`h)_q  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 5c l%>U  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ]^l-k@  
    XpOQBXbt  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 gr$H?|n l  
     *(<3 oIRS  
    UX<0/"0h  
    K+c>Cj}H  
    UIw6~a3E  
    2）设置多模高斯光源 , Onu%  
    V{kgDpB  
     rYr.mX  
    /ec~^S8X  
    g/soop\:  
    3) 设置优化函数 oI%.oP}G  
    h'G8@j;  
    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)。 ~wRozV  
    %AuS8'Uf  
    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。 w2`j&]D6  
     GpM_ Qp  
    T k4"qGC.  
    zX/9^+p:  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ]dIr;x`  
    6T~xjAuJ3T  
    %5H>tG`]   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） .](s\6'  
    nyB~C7zR  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 `{I-E5 x  
    1YMu\(  
    a. 打开参数优化 RpY#_\^hI  
    Yt;.Z$i ,  
    !b+Kasss9  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 yf6&'Y{  
    YEqWTB|w  
    图2
    ~UJ_Rr54  
    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： [HENk34  
    c8jq.y v  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Au/n|15->C  
    -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。 Nm=W?i  
     D}Lx9cL  
    ZK]C!8\2|  
    图3
    C zvi':  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 {GiR-q{t  
    W;C41>^?/  
    图4
    ]Z\.Vx  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 F 'U G p  
    %/&?t`%H  
    图5 #`4ma:Pj  
    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： A3N<;OOk  
    fhmq O0  
    图6
    ?79ABm a  
    4.总结 aNCIh@m~  
    y(8AxsROp  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 U{o0Posg  
    r#pC0Yj!3  
    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。 5A6d]  
     MLcc   
     
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