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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
    w"D1mI!L 7  
    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。 b'FTy i  
    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。 -1$z=,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。     C:AV?  
    {{bwmNv"  
    1. 建模任务 4uE )*1  
     <7T}b95  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ 7uUq+dp  
    ~tL:r=  
    g"!cO^GkT  
    2. 方法 TXd6o=  
      EAr;  
    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： IEM{?  
    Bk~lM'  
     8)s0$64Ra  
     $AZ=;iP-  
    }"RVUYU  
    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。 c|'$3dB*  
    37IHn6r\  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 t0xE&#4  
     5D-as9k*  
    J pj[.Sq  
    ~Sf'bj;(  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 sAjUX.c  
    xz} CqPJ#  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 %WP[V{,F  
    mJ[_q >  
    1) 评估最大模式阶数 `CL\-  
    E@Ewx;P5  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： 0.PG]K6  
    ,\\=f#c=  
    4y4r;[@U  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 W7.RA>  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 dB&<P[$+8  
    -)&lsFF  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 gQ{<2u  
     2w~Vb0  
    x~IrqdmW  
    [P6A $HC<  
    5yJ~ q  
    2）设置多模高斯光源 I@Y k &aU  
    n Jz*}=  
     s/3sOb}sA  
    q)@;8Z=_c  
    Gw6Od j  
    3) 设置优化函数 .W9 *-  
    1 K^-tms  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 -nD} k  
    < uV@/fn<  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 :YLYCVi|  
     *.A-UoHa  
     YO fYa  
    z)eNM}cF  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 <)J@7@!P  
    -EU=R_yg  
    uVX,[%*P  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） i$:yq.DW  
    /7a3*a  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 m<;MOS  
    uzp\<\d-t  
    a. 打开参数优化 TL -AL tG  
    +,i_G?eX  
    ,WoB)V.{(  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 >r4BI}8SK<  
    8[ ZuVJ]  
    图2
    C.}ho.} r  
    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： !0Ak)Q]e'  
    gA 5DEit  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） e-xT.RnQ  
    -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。 O|9Nl*rXz  
     )wEXCXr!  
    96gaun J  
    图3
    O!F"w !5@  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 ^Y8G}Z|  
    i!<(R$ Lo  
    图4
    ;ae6h [  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Fv nf;']q  
    K|;L{[[yH  
    图5 @}%kSn5y:  
    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： hig t(u  
    L<Z2  
    图6
    O`~L*h_  
    4.总结 5a&gdqg]  
    _JKz5hSl  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 vMJC  
    F=UW[zy/[  
    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。 ZS&lXgo  
     ~(cqFf  
     
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