| infotek | 2023-05-22 08:22 |
真实多模激光的建模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。 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。 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。 1. 建模任务 如何描述一个真实的多模激光以实际的方式发出光线？  2. 方法 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：  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。 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。 3. 在VirtualLab中的过程操作 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。 1) 评估最大模式阶数 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： nmax=x方向上光强极大值的数量-1 mmax=y方向上光强极大值的数量-1 此例中：由下图光强分布计算出的nmax为3，mmax为0。  2）设置多模高斯光源  3) 设置优化函数 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.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。  b. 导入实际测量的远场光强分布  4) 进行参数优化（Parametric Optimization） VirtualLabTM的参数优化（Parametric Optimization）可以用来计算模式权重。 a. 打开参数优化  图1  图2 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： -转换效率（conversion efficiency）=100%（目标值） -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。  图3 d. 使用下坡纯形法(Downhill Simplex)进行参数优化  图4 e. 运行后，得到目标方程值(Target Function Value) 收敛后的优化结果  图5  图6 4.总结 VirtualLabTM允许模拟真实的多模高斯激光源。 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。 |
|