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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
    P|ftEF  
    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。 -.K'rW  
    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。 3zv0Nwb,  
    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。     mR~S$6cc  
    $3xDjiBb  
    1. 建模任务 uK0L>  
     5a4i)I6 3o  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ :s1.TQ;Y(  
    &%tW  
    JsEnhE}]  
    2. 方法 \F)WUIK  
     bl{W{?QI  
    1) 大多数有稳定激光腔的多模激光可以由不同拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式以非相干加权求和的方式来描述。这意味着在数学上多模激光的发射场可以用下式表示： loUZD=Ph  
    1Se2@WR'  
     iLNO}EUL  
    bI8')a  
    BZIU@^Q_Y[  
    上述数学式中 为拉盖尔（Laguerre）或厄米（Hermite）高斯模式的（n，m）阶, αnm为权重因子。这里n=0，1…，nmax以及m=0，1，…mmax。 0^)~p{Zh  
    Ym6v4k!@O  
    VirtualLab™的参数优化（Parameter Optimization）可以从实际测量的光强分布计算模式权重αnm。 j+e s  
     `JyI`@,!  
    J!">L+Zcx  
    nELY(z  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 > w SI0N  
    AmJdZs|/  
    在这一部分中，我们借助建模任务一章中所描述实例进行说明。 ?5F;4 oR2g  
    i-. AD4  
    1) 评估最大模式阶数 :w)9 (5  
    ED);2*qP}  
    对于厄米（Hermite）高斯TEM𝑛m模式，最大阶数nmax，mmax可以近似由实际测量的远场强度分布中延x方向和y方向的极大值的数量决定： zjSHa'9*  
    &da:{  
    =CO'LyG  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 nRT ]oAi  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 M!X^2  
    3J8M0W   
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。  QB !%  
     uMRzUK`QK  
    d^`; tD  
     x$FcF8  
    \jZ)r>US"  
    2）设置多模高斯光源 hZWkw{c  
    F+L%Ho;@P  
     &he:_p$x  
    c2L\m*^o  
    d(9-T@J  
    3) 设置优化函数 ;f=.SJF  
    PDLps[a  
    在设定优化函数时需要用到一个特殊的探测器：谐波场集的衍射光学优化函数探测器（Diffractive Optics Merit Function for Harmonic Fields set Detector）（Snippet 028）。这是一个可编程探测器(Programmable Detector)。 }a#=c*+_  
    1 |/ |Lq%w  
    a.选择优化函数：双击此可编程探测器进入其编辑窗口。在此案例中，我们选择转换效率（Conversion efficiency）和信噪比(SNR)作为优化参数。因此在如图两项参数后输入1。 ;P$ _:-C  
     sHPj_d#  
    Aj(y]p8  
    OX?E3 <8`  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 5Zmc3&vRl  
    t_Rj1U  
    oFT1d  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） ?mN!9/DIc  
    8k+k\V{  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 t;u)_C,bmP  
    d[nz0LI|mk  
    a. 打开参数优化 KHGUR(\Rd6  
    Wtp=1  
    sCp)o,;  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 QL2 `X2  
    ):A.A,skf  
    图2
    AYfe_Dj  
    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： x(p/9$.#  
    G:` So  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） P>^$X  
    -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。 y=jZ8+M   
     r;E5e]w*-  
    %!A-K1Z\D  
    图3
    q(4Ny<=,'K  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 Mm1>g~o  
    c#>:U,j  
    图4
    i6y=3k  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 Y kvEQ=  
    M 9NT%7Il  
    图5  *I}_g4  
    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： 1^ go)(Mx  
    4ElS_u^cP7  
    图6
    @ScC32X  
    4.总结 G*~CB\K_  
    V|*3*W  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 XQmg^x[,A  
    ZwiXeD+4  
    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。 2=%]Ax"R  
     5@ Hg 4.  
     
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