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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
    EMH}VigR  
    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。 9>, \QrrH  
    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。 [c%}L 3B  
    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。     F qyJ*W\1  
    {73DnC~N  
    1. 建模任务 N5]68Fu'({  
     ,qh  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ mYRR==iDL  
    B>L^XGq  
    @].aFhH`)  
    2. 方法 o |.me G  
     jo:p*Q "F  
    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： w8Vzx8  
    S%|' /cFo  
     NPq2C8:  
    uV\#J{'*  
    5S?Xl|8E  
    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。 ViONG]F  
    L )"w-,zy  
    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。 fP*C*4#X  
     O4URr  
    J sdEA  
    9{&x-ugM  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 z`6KX93  
    #Z5~a9rO  
    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。 , >6X_XJQ  
    R|yTUGY  
    1) 评估最大模式阶数 nI` 1@ vB&  
    VJPPHJ[-  
    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： t*$@QO  
    v8=MO:>{R  
    S+ x [1#r  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 \Bf{/r5x  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 g:V6B/M&  
    Va:jMN  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 |1$X`|S  
     d@~)Wlje  
    z#ET-[ I  
    c73ZEd+j  
    Xp@OIn  
    2）设置多模高斯光源 q\G@Nn^  
    cwM0Z6  
     =Ih_[$1dw  
    T~d';P  
    /$Jh5Bv  
    3) 设置优化函数 ~Y$1OA8  
    Q0A1N[  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 e&kg[jU  
    &'j77tqOk  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 <aS1bQgaU  
     A#{*A  
    -A~<IyPt  
    F.6SX (x  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 #YV;Gp(2h  
    P^r8JhDJ  
    }s9J+m  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） LNW p$"  
    (nG  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 \wP$"Z}j  
    -8: @xG2  
    a. 打开参数优化 w\a#Bfcv  
    0Oq1ay^  
    xC]/i(+bA  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 $MR4jnTT  
    Xb {y*',  
    图2
    [o "@*kf  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： jA'+>`@  
    SqLKF<tY]/  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） 5,3h'\ "!  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Uk#1PcPd  
     b(F`$N@7C  
    [Pl$=[+  
    图3
    `K.yE0^i  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 p_D)=Ef|&  
    od>.5{o  
    图4
    4ai3@f5  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 "=)`*"rr  
    9hQ{r 2  
    图5 VEk|lX;2  
    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： n%}0hVu  
    c'C2V9t  
    图6
    }OZfsYPz}T  
    4.总结 ofV{SeD67  
    idQr^{  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 u&:jQ:[  
    YZd4% zF  
    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。 !!AutkEg>  
     /T0|<r!c  
     
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