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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 正序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    ~zJbK. _  
    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。 qdJ=lhHM}  
    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。 B:yGS*.tu  
    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。     D(@S+r_ota  
    Y|F9}hj(  
    1. 建模任务 ky,(xT4  
     $kdB |4C  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ a8e6H30Sm  
    ed{ -/l~j  
    f M :]&  
    2. 方法 ~]|6T~+]83  
     MO]F1E?X  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： Af~$TyX  
    ,GhS[VJjR  
     iJ)_RSFK  
    PFlNo` iO  
    <y('hI'  
    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。 [B*x-R[FI  
    R6<X%*&%  
    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。 D :4[ ~A  
     $D~0~gn~  
    !3c\NbU  
    xf\C|@i  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 }1L4 "}L.  
    cN-?l7  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 3)t.p>VgO  
    a_^\=&?'  
    1) 评估最大模式阶数 n:I,PS0H<  
    z>1Pz(  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： ]`!>6/[  
    kUL' 1!j7  
    ;>U2|>5V  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 ,\W 8b-Z  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 /Iu 1L#  
    !]A  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 U|H=Y"pL  
     jodIv=C  
    TM__I\+Q  
    IEL%!RFG  
    ^lnK$i  
    2）设置多模高斯光源 nY[WRt w  
    XFVE>/H  
     p}}R-D&K  
    )W,aN)1)  
    UP$.+<vm  
    3) 设置优化函数 D=A&+6B@-  
    Ljm[?*H#  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 nSDMOyj+  
    k>Is:P  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 >4x(e\B  
     OR P\b  
    RN1y^`  
    hk;5w{t}}  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 f=+mIZ  
    ; }I:\P  
    '&P%C" 5  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ?.m bK  
    + )AG*  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 d(ZO6Nr Q  
    ~gJwW+  
    a. 打开参数优化 KWbI'}_z  
     Po+.&7F  
    i'<[DjMDlm  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 dM.f]-g  
    A7 {\</Z  
    图2
    R3f89  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： O0x,lq  
    Qab>|eSm  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） Y sC>i`n9  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 TIqtF&@o4  
     df8k7D;~e  
    .fqN|[>  
    图3
    olB.*#gA  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ;$,U~0  
    kM l+yli3c  
    图4
    tn\yI!a  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 b}$+H/V  
    vQG5*pR*w  
    图5 4d4ZT?V[  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： 3)wN))VBX  
    eI}aQ]$ED  
    图6
    5+0gR &|j  
    4.总结 dw>C@c#"  
    n: ^ d|@  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 wQl ,  
    C\3rJy(VJ  
    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。 Ys9[5@7  
     >{n,L6_ t  
     
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