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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
    )/'y'd<r  
    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。 wYf9&}k\4  
    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。 7VP[U,  
    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。     u}Q@u!~e9  
    Cq7EdK;x  
    1. 建模任务 t/6t{*-w  
     9w-V +Nf  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ =Vgj=19X(  
    0FDfB;  
    #+1*g4m~B  
    2. 方法 va(ZGGS]N  
     Ha~g8R&  
    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： \#bk$R@  
    &ZjQa.-U>  
     i;1EXM  
    %"R|tlG  
    =h~\nTN  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 9d7$Fz#  
    ^#H%LLt  
    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。 w$JG:y#  
     s W#}QYd  
    [:HT=LX3  
    FW)G5^Tf  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 `-l, `7e'  
    DA[s k7  
    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。 'RIlyH~Yf  
    !aSu;Ln  
    1) 评估最大模式阶数 a0Y/,S*K  
    Az_s"}G  
    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： $-dz1}  
    q4XS E,  
    u`l1 zMk  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 V 0<>Xo%  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 f IUz%YFn  
    rPV\ F  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 JrF\7*rh9  
     :*wnO;eN  
    Kt,ENbF  
    & j@i>(7  
    VP4W~;UV|\  
    2）设置多模高斯光源 mQQ5>0^m  
    jgLCs)=5hV  
     Bc {#ia  
    90%alG 1>y  
    8oI)q4V  
    3) 设置优化函数 `TBI{q[y  
    9JHu{r"M  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 P)?)H]J"  
    Nl_Sgyx,\  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 lFT_J?G$'  
     6x*u S~'  
    *g$egipfF  
    :@6,|2b e=  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 '-F }(9M  
    neGCMKtzlJ  
    $I%75IZ  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） u$c)B<.UR  
    #D"fCVIS  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 gB!K{ Io'  
    z.f~wAT@<  
    a. 打开参数优化 8=^o2&  
    X0X!:gX  
    A &i  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 * %p6+D-C  
    Zy2@1-z6  
    图2
    {0fQ"))"  
    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： ;mV,r,\dH  
    |Ew\Tgo/2  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） CqVh9M.ah  
    -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。 0:^L>MO  
     YShtoaCx>  
    y%CaaK=V3  
    图3
    oI9Jp`  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ,*fvA?  
    .S&S#}$/]  
    图4
    :U`8s#  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 dA<PQKm  
    %=J<WA6\  
    图5 a_5`9BL  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： NQ$tQ#chd  
    B$b'bw.  
    图6
    FAAqdK0  
    4.总结 C[:Q?LE  
    %J\1W"I?  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 .$>?2|gRv  
    rt5UT~  
    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。 9V&%_.Z  
     mqGp]'{  
     
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