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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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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-22
    8I*WVa$l  
    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。 :D!}jN/)  
    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。 3gzcpFNqX  
    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。     X6lR?6u%|  
    .ko}m{  
    1. 建模任务 %T:7I[f  
     |6}:n,KA.  
    如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？ $Q!J.}P@  
    /\&Wk;u3  
    " O,TL *$  
    2. 方法 T2V# fYCc  
     09 >lx$  
    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： -8r9DS -/W  
    q[w.[]  
     p|b&hgA  
    M&5;Qeoiv  
    7JI&tlR4\c  
    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。 E6NrBPm  
    R^=)Ucj  
    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。 /K./k!'z  
     q:D!@+U  
    z|gG%fM  
    ^%qh E8  
    3. 在VirtualLab中的过程操作 ^,.G<2Kx&  
    ]8i2'x  
    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。 {} 11U0  
    #n_uELE  
    1) 评估最大模式阶数 =<M7t*!  
    TdAHw @(  
    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： "?~u*5  
    ~!w()v n  
    E"P5rT  
    nmax=x方向上光强极大值的数量-1 !hJ% :^ xL  
    mmax=y方向上光强极大值的数量-1 3)J0f+M>dv  
    ;|e6Qc9  
    此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。 2-3|0<`  
     L8FLHT+R-  
    @fH?y Z=>  
    ){.J`X5r  
    Y C uuj$  
    2）设置多模高斯光源 {|jG_  
    ;S FmbZ%~  
     D* oJz3[  
    96.A8o  
    !:[kS1s>M  
    3) 设置优化函数 I&e ,R  
    XVfp* `  
    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)。 }Dig'vpMx  
    G([!(8&2Y  
    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。 Wkk=x&  
     U 6y ;V  
    B(GcPDj(K  
    hupYiI~  
    b. 导入实际测量的远场光强分布 bD[6) ITg  
    4K@`>Y5g*  
    hal3J  
    4) 进行参数优化（Parametric Optimization） @'Er&[P  
    Xjal6e)[  
    VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 o 6$Q>g`]  
    BW>f@;egg  
    a. 打开参数优化 l/BE~gdl  
    p[QF3)9F  
    Z' 0Gd@/  
    图1
    b. 选择优化变量，即四个模式 mySm:ToT  
    *q%)q  
    图2
    _BcYS  
    c. 目标值（转换效率和信噪比）（conversion efficiency和SNR）应该用以下方式指定： }31z 35  
    lrSo@JQ  
    -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） S? }@2[  
    -信噪比（SNR）<测量信噪比（SNRMeasurement）（下限）。在这里测量信噪比（SNRMeasurement）是测量数据的信噪比。通常这个值受远场强度的测量精度影响。 Uv6#d":f;  
     ")U`Wgx  
    4ifWNL^)  
    图3
    t-\S/N  
    d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化 2w=0&wG4K  
    ;a+>><x]  
    图4
    )>)_>[  
    e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果 edPnC {?s  
    3ySP*J5  
    图5 z,nRw/o  
    f. 通过显示光路图>显示优化结果（Show LPD>Show Optimized Results），优化的模式权重被写入到多模高斯光源中。单击运行(Run)，得到优化好的结果： 7oPBe1P,K+  
    ?o h3t  
    图6
    A$RN7#  
    4.总结 Q:]F* p2  
    !U$ %Jz  
    VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 ]?L?q2>&  
    xA nAW  
    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。 K \}xb2s  
     ~e[)]b3  
     
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