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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
    R=P=?U.  
    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。 Xh"JyDTj3  
    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。 P F#+G;q;  
    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。     O@r%G0Jge  
    Q!8AFLff4  
    1. 建模任务 o-\ K]  
     .&dW?HS  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ xo2PxUO  
    ;Ak<O[  
    eS(\E0%QI  
    2. 方法 gV@FT|j!i  
      ZaJg$  
    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： ^6j: lL  
    Iko1%GJ1Z  
     -Yx'qz@  
    8&?Kg>M  
    N>##} i  
    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。 Zg1=g_xY  
    FrBoE#  
    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。 =.`(KXT  
     6L[Yn?;  
    1y@d`k`t:  
    y J*`OU#  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 d_s=5+Yj  
    ApHs`0=(  
    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。 {`,dWjy{%  
    i]&C=X  
    1) 评估最大模式阶数 Zp@j*P  
    vYQ0e:P  
    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： Qgx9JJ>  
    <[mT*  
    AjBwj5K  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 B1)gudP`  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 ?'ID7mL  
    r >bMx~a]  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 aphfzo  
     Kn-cwz5  
    -7E)u  
    q6DuLFatc*  
    d-/{@   
    2）设置多模高斯光源 iAD'MB  
    50r3Kl0  
     u^.7zL+  
    Qj;wk lq  
    Fy:CG6@X  
    3) 设置优化函数 ROcI.tL  
    N$>.V7H&  
    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)。 >g7}JI&  
    r}351S5(  
    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。 /+^7lQo\]  
     eC`} oEz  
    '}#=I 9=ss  
    kaM=Fk=t  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2I'gT$h  
    x\( @ v  
    Bgb~Tz'  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） @yc/1u $r  
    h-r\ 1{Q1]  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 f</'=k  
    \"=4)Huv  
    a. 打开参数优化 RcJ.=?I!  
    6/{V#.(  
    & Xh8j^p'  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 eCejO59F9  
    >]b>gc?3  
    图2
    VpmwN`  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： z =m Dd  
    O7<--  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） B%y?+4;zA  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 q8DSKi  
     yFt$L'#  
    a'zXLlXgGd  
    图3
    DX3xWdnr  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 2;8I0BH*'  
    KDTG9KC  
    图4
    KWuc*!  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 VtM:~|v  
    jLc"1+  
    图5 0 0JH*I  
    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： NT(gXEZ  
    }jL_/gvgy  
    图6
    `Uz2(zqS  
    4.总结 -@*[   
    sd(Yr6~..  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 .kbo]P  
    R0 yPmh,{  
    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。 *\gS 2[S  
     k[_)5@2  
     
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