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2021-02-04 09:38 |
如何计算一个侧面泵浦棒的简单激光器谐振腔的热透镜效应
目录 )8Defuxk %dMq'j 1. 启动LASCAD并定义一个简单激光腔 1 :K{!@=o 2.定义并分析一个侧面泵浦棒 2 OM,-:H, 2.1 选择晶体类型和泵浦结构 2 9mW95YI S 2.2 定义泵浦光分布 3 yD|He*$S 2.3 定义棒的冷却 7 %lsk>V 2.4 定义材料参数 8 W$=MuF7R 2.5 定义复合材料 9 #w3cImgp2 2.6 定义控制FEA 计算程序的选项 10 )N!-g47o%# 2.7 FEA 的可视化结果 12 {?c`0C 2.7.1 三维观察器 12 {VqcZhqy/l 2.7.2 二维数据图和抛物线fit 12 :e1BQj`R 2.8 计算高斯模 13 Z)B5g> 2.9 在模式图中插入晶体 14 o.-rdP0P> 3.修改腔参数 14 P+r-t8 4.用于分析激光腔特性的工具 15 |V#h
"s 4.1 分析激光腔的稳定性 15 O?|st$g 4.2 显示横向高斯模分布图 16 ~Ti 4.3. 输出激光功率计算 17 ^i}*$ZC72 5. 光束传播编码(BPM) 19 HhkubG)\ zb/w^~J_i 1. 启动LASCAD并定义一个简单激光腔 vCE1R]^A.] 选择Start/Programs/LASCAD/Lascad启动LASCAD, XKqUbi 定义一个工作目录, 5nL,sFd 点击“OK”,打开LASCAD主窗口, NsYeg&>` 点击最左边的工具栏上的“New Project”按钮或者执行菜单项“File”, jFYv4!\ju 将“Number of Face Elements”增加到4, 0^htwec! 输入适当的波长并保持其它默认设置不变, Wt2+D{@8 点击“OK”。 Ba-Ftkb 现在你可以看到在顶部的LASCAD的主菜单和在它下面的另外两个窗口,一个标题为“Standing Wave Resonator”,另一个是“Parameter Field”,如图1所示。上面的窗口显示了有四个元件的简单腔的模式图,下面的窗口显示腔的参数。在元件编号下面的纵行显示的是该元件的参数,比如每个反射镜的曲率半径,在行标签“Type-Param”里显示。想要改变元件类型,可以直接使用元件编号下面的下拉框,你可以选择反射镜、介质界面和透镜。元件编号之间的纵行里显示的参数定义了各元件之间的空间的特性,例如折射率,或者由抛物线折射率分布的二次微分导出的“Refractive Parameter”。关于这个窗口中其它的功能,例如如何插入或者清除一个元件,你可以在快速浏览第三部分或者手册里面找到。 .s7Cr0^k,|
noz&4"S.{ 图1 B 14Ziopww 2.定义并分析一个侧面泵浦棒 Y/Yp+W6n 2.1 选择晶体类型和泵浦结构 F6 ?4E"d 点击LASCAD主窗口的菜单项“FEA/Parameter Input & Start of FEA Code”,打开题为“Crystal,Pump Beam and Materials Parameters”的窗口,如图2所示。注意六个标签,用于定义不同类型的参数。 S`ms[^-q* 通过标签“Models”下面的列表可以选择不同的晶体和泵浦结构,我们选择“Side pumped cylindrical rod”。 #SiOx/ 在这个窗口的底部可以定义棒的尺寸,这个例子里,我们输入棒长16mm、直径3mm,如图2所示。为了研究程序是如何工作的,建议在做第一次试验的时候使用较短的棒尺寸,这样计算时间比较可靠。 ^b-o 图2 NbyVBl0= Dk&@AjJga 2.2 定义泵浦光分布 8jyg1NN D 选择标签“Pump Light”,打开如图3所示的窗口,有如下条目用于定义泵浦结构:空间设置、二极管特性、液流管道等。 "_Wv,CYmNr 我们采用一个圆柱形的液流管道包围在棒的外面,在棒和管道之间是冷却液,管道外面是一个反射腔。 P)he3
图3 “Total incident pump power”是从二极管聚集到棒上的总功率。 z)$X/v “Inner radius of flow tube”和“Outer radius of flow tube”分别是液流管道的内半径和外半径。如果你的模型里没有液流管道,将外径和内径设置得很接近,并将液流管道的折射率设成和液体的折射率一样。 v{7Jzjd “Radius of cylindrical reflector”是圆柱反射腔的半径,圆柱反射腔用来将第一次通过棒的泵浦光再反射回棒里面。 \
UCOe “Distance of reflector from rod axis”不一定要和反射腔的半径完全一致,例如反射腔可以是平面的,当然在大部分情况下是相同的。如果没有反射腔,这一项的参数可以设置很大的数值。 5[\mwUA 如果你有很多组的二极管在棒周围,那么“Lenth of diode bars”和“Number of diode groups along rod axis”这两项的意义取决于二极管的排列。 (h;4irfX 如果二极管的放置是沿着光发射的方向,也就是平行于棒轴,在“Length of diode bars”中输入这一排的长度,在“Number of diode groups along rod axis”中输入1。 -A}U^-'a} 如果二极管组的放置是有一定偏转角度的,如图4所示是沿着棒放置三组二极管的结构的泵浦光分布,在“Length of diode bars”中输入二极管的物理长度,“Number of diode groups along rod axis”中输入二极管组的数目。在图4中,每一组二极管由三个二极管条组成,并对称的安排在棒的周围。偏转角为60°。总的来说,如果棒周围的一组二极管数目为n,那么偏转角就是360°/2n。 'Q\I@s }
rOC2 S(m 图4 .H,v7L,~88 VFLxxFJ “The number of irradiation directions”由棒周围的二极管数量决定,假定对沿着棒轴的所有二极管组此数值都是不变的。 (gd+-o4 “Angle between irradiation directions”是与棒轴垂直的平面里相邻二极管光束构成的角度,假定所有相邻光束间的角度是一样的。当然,二极管也并不一定要像图4所示那样在棒周围对称放置,例如你可以将两个二极管这样放置,使其光束成90°角,也就是相对于x轴正向,一个沿45°放置,一个沿-45°放置。 Cnp\2Fu/ “Fast axis FWHM of diodes, degrees”(半高全宽角度)通常会在二极管的数据单中详细说明。 t)Q6A@$: “Wavelength of pump light”和“Refractive index of crystal at pump wavelength”的意义就不解自明了,是用来计算通过棒的泵浦光的路径的。 *T(z4RVg “x-coordinate of pump beam intersection point”可以用来定义该点对于棒轴的微小位移(不大于棒直径的百分之几),这在不对称照射的情况下是需要用的。
[0v`E5 在慢轴方向上,我们假设泵浦光为超高斯平顶分布,假设泵浦光线在与棒轴垂直的平面上传播。慢轴的发散可以近似考虑成增加了二极管条长度上的入口。 P9j[
NEV 在快轴方向上泵浦光传播的形状可以用高斯ABCD定律来计算,快轴上泵浦光的发散角可以用这个式子来计算: lFMQT
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R~nbJx$ 7VWq8FH` 快轴轮廓假定是超高斯形的,也就是说垂直棒轴的强度分布假定是与 成比例的,这里的σ取决于与二极管晶片表面的距离。 *z-Mr~V 点击按钮“Show Pump Beam”(在图3左下),可以在模式图窗口看到泵浦光的快轴形状,如图5所示,光束是沿垂直棒轴的方向传播的。 : ]&O | |