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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
    U}MU>kzb  
    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。 >pO[ S[  
    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。 ~xGWL%og  
    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'h:   
    }fZT$'*;  
    1. 建模任务 h eZJ(mR  
     oiJa1X  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ zN#$eyt  
    p*_g0_^  
    a36n}R4Q  
    2. 方法 ,~X^8oY  
     B{H;3{0  
    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： fW!~*Q  
    #l2wF>0  
     E,shTh%&~  
    P9:7_Vc  
    VaJX,Q  
    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。 rl'YyO}2  
    *W y0hnr;]  
    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。 l6Ze6X I  
     :RzcK>Gub=  
    M ioS  
    5oGnPF  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 |Q`}a %  
    .^I,C!O#  
    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。  3Fo,F  
    H&[CSc  
    1) 评估最大模式阶数 eg~$WB;1  
    zv  <,  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 8II-'%S6q  
    -9}]J\  
    J;+tQ8,AP  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 Z$X2*k6PK  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 6aK'%K  
    gmLGK1  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 f";70}_  
     _jy*`$"q (  
    3lM mSKN  
    7`6n]4e  
    0gm+R3;k^  
    2）设置多模高斯光源 rs~RKTv-  
    aN ). G1  
     h\Op|#gIT  
    }(Nb]_H  
    ~)tIO<$U  
    3) 设置优化函数 SgAY/#  
    )6PZ.s/F6p  
    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)。 Mto3Ryic!  
    pTOS}A[dh  
    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。 "%D+_Yb'X  
     Z7JI4"  
    f6PXcV  
    tB&D~M6[  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 L=Dd`  
    Q pz01x  
    '-D-H}%;}M  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） =9i:R!,W  
    Z=z'j8z3  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 kR%CSLOVy  
    {}D8Y_=9\  
    a. 打开参数优化 Fb*^GH)J  
    )$P!7$C-  
    k^ B'W{  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 n/p M[gI  
    9:!n'mn  
    图2
    r444s8Y  
    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： (toGU  
    NlU:e}zGR  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） P{)&#HXUVb  
    -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。 FGr0W|?v  
     x(hUQu 6  
    -F4CHpua  
    图3
    ?%JH4I2  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 pA!+;Y!ZB<  
    A_{QY&%m  
    图4
    D(~6h,=m  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 bG^E]a/D  
    r@e_cD] M  
    图5 @>qzRo  
    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： #fG!dD42  
    jXGr{n  
    图6
    /!eC;qp;[  
    4.总结 67}y/C]<  
    bRLmJt98P  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 7_E+y$i=  
    4eU};Pv  
    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。 =5oFutg`  
     !!o 69  
     
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