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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
    8b.u'r174  
    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。 mP38T{  
    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。 ]r! >{  
    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。     YYEJph@06q  
    SnlyUP~P  
    1. 建模任务 6Tw#^;q-  
     'TC/vnM  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ up3O|lj4  
    }eQRN<}P  
    p9U?!L!y  
    2. 方法 ,B(7\  
     5AS[\CB4  
    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： uJHu>M}~  
    02`$OTKz  
     <}U'V}g  
    8[CB>-9  
    n,HE0Zn]Y_  
    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。 4H5pr  
    Ut-B^x)gl  
    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。 Tu{&v'!j6  
     'bGX-C  
    $&s=68  
    XoL JL]+?  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 E5el?=,i  
    zl-2$}<a  
    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。 a07@C  
    x^|Vaf  
    1) 评估最大模式阶数 kg][qn|>J]  
    YCe7<3>J4  
    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： G2LK]  
    I1X /Lj=  
    _rV5E  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 F/m^?{==~*  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 #j#_cImE  
    IW8+_#d  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 ri`R<l8  
     6) oLus  
    W3vi@kb]  
    -[= drj9I  
    8Y0"Cejq  
    2）设置多模高斯光源 {mWui9 %M  
    %p^.\ch9  
     i,V;xB2  
    wxm:7$4C  
    -yGDh+-  
    3) 设置优化函数 R1F5-#?'E  
    6{[pou&  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 "G-1>:   
    'Y$R~e^Y?  
    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。 9_\'LJ  
     _, ;j7%j  
    :Ih|en^w  
    A^ _a3$,0  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 ,D\GGRw  
    %}86D[PF  
    M3p   
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） =X?\MVWB  
    SVjl~U-^  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 HL/bS/KX  
    ;})5:\h  
    a. 打开参数优化 2([2Pb3<"  
    JKer//ng4  
    Q^p|Ldj  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 T081G`li  
    L=2y57&Y  
    图2
    Hk>79};  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： Oz|K8p  
    &t5{J53  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） yNm:[bOER  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 %{3 aW>yx  
     mh<=[J,%p  
    g8!wb{8?s  
    图3
    <Sz52Suh>  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 )}TLC 2%  
    h._nK\  
    图4
    t_ksvWUo  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 g}p;\o   
    pV6d Id  
    图5 L< zD<M  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： 3nY1[,  
    <foCb%$(?  
    图6
    qQ!1t>j+H  
    4.总结 ;q0uE:^ S  
    p3/*fH98  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 pfx3C*  
    @/r^%G  
    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。 kNu'AT#3|  
     O]f/r,4@  
     
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