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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
    0.nkh6 ?  
    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。 5`U zxu  
    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。 _K'Y`w']  
    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。     p}/D{|xO  
    @W @,8e]c  
    1. 建模任务 -a~n_Z>_  
     3="vOSJ6&  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 9kqR-T|Q  
    oTXIs4+G  
    yI07E "9  
    2. 方法 )8}k.t>'s  
     & ?5)Jis:  
    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： |]?W`KN0  
    %Ny1H/@Q1+  
     Le bc @,  
    eX}aa0  
    A:z  
    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。 %{:pBt:Z  
    7 H:y=?X6  
    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。 0YfmAF$/B  
     QLHEzEvf{/  
    LN<rBF[_:f  
    ZPq.|6&  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 S>*i\OnI'  
    ?@FqlWz,  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ohJDu{V  
    @.}Y'`9L  
    1) 评估最大模式阶数 8)pL0bg  
    D/4]r@M2c  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： #=ij</  
    e 6>j gy  
    l=Pw yJ  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 cT/mi": 8{  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 gE=9K @  
    S0:Oep   
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 cVO- iPK  
     >JY\h1+ H  
    {TJBB/B1  
    83'+q((<  
    ,1~zMzw^  
    2）设置多模高斯光源 `T7TWv"M  
    vRf$#fBEQ  
     ME]89 T &  
    n$7*L9)(C  
    D2gyn-]\  
    3) 设置优化函数 R-OO1~W=  
    -Q?c'e  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 ;C:|m7|  
    5=<KA   
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 l`:u5\ rM  
     N$C+le  
    |4 2;171  
    Q{'4,J-w  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 2*#i/SE_  
    S-~)|7d.  
    HJym|G>%?  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ]SPuNBsy)  
    wqV"fZA\]  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 Zz/p'3?#  
    z#P`m,~t0  
    a. 打开参数优化 {[Y7h}7  
    S+- $Ih`[  
    WQiRbbX  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 L+ XAbL)  
    cjO %X  
    图2
    OW@)6   
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： dKU :\y  
    *_#2|96)  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） V mQ'  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 9rT^rTV  
     ScD E)r  
    2e-bt@0t  
    图3
    wQd8/&mmk  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 YX)Rs Vf  
    /QVwZrch  
    图4
    w{2CV\^>5  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 .j^BWr  
    =mPe wx'  
    图5 S^p^) fAmF  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： =2=rPZw9  
    5$Kj#9g-#  
    图6
    >qr/1mW  
    4.总结 j3N d4#  
    p[].4_B;  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 |>'N^   
    Umzb  
    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。 j%w^8}U>G  
     w%X@os}E  
     
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