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    [分享]如何計算Yb:YAG薄片激光器的熱透鏡和激光功率輸出 [復制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2021-02-04
    指南3 如何計算Yb:YAG薄片激光器的熱透鏡和激光功率輸出？ v;4l*)$)  
     Q^=drNV  
    目錄 w4w[qxV>  
    1. 運行LASCAD并定義泵浦光分布 1 S{_i1'  
    2. 用EFA定義邊界條件 3 CPGiKE  
    3. 選項定義控制FEA 4 I[u%k ir  
    4. FEA結果顯示 5 Kv3cKNvu~  
    5. FEA結果拋物線擬合 6 !0Hx1I<*x  
    6. 在模式中插入熱透鏡 7 CYD&#+o  
    7. 激光功率輸出計算 8 ha_&U@w  
    ZdQt!  
    CtiTXDc_  
    1．運行LASCAD并定義泵浦光分布 hJ[Z~PC\T0  
    運行LASCAD，從路徑C:Program FilesLASCADTutorials中打開tutorial-3.lcd，用“shrink-stretch”工具拉伸模式圖，直到看到黃色的熱透鏡形狀。熱透鏡只有0.12mm，因此需要拉伸其長度。 6S*L[zBnA\  
    選擇主菜單“FEA-Parameter Input & FEA code”，打開“Crystal ,Pump Beam and Material Parameters ”窗口，該窗口有6個標簽。“Models”標簽顯示了LASCAD提供的預定義模式，如圖1所示。在這個教程中，模式Cylindrical rod with top hat 已經被勾選，該模式表示吸收泵浦光強分布在熱透鏡軸方向為近似平頂（也稱為常數）分布。 ;#a^M*e  
    zi M~V'  
    圖1.定義泵浦棒 Hxe!68{aR  
    選擇’Pump Light’標簽，如圖2所示，該標簽用于定義泵浦功率密度。在這個模式下，我們必須事先知道總的吸收泵浦功率�？偟奈展β蕿�500W。垂直于薄片軸的泵浦功率用超高斯函數定義，如help=>Pump Light-Top Hat Pump Light Distribution in Axis Direction。光斑的大小等于分布半徑。超高斯指數增大到一定程度后，截面分布接近平頂分布�？梢渣c擊“Show Pump Profile”來查看截面圖。我們甚至可以從這個截面圖中減去一定百分比被吸收的泵浦光功率。 $e>(M&9,  
    <49Gsm&0  
    圖2.定義泵浦光 VnqgN  
    2.用EFA定義邊界條件 V?x&.C2Z  
     @,btQ_'X  
    如圖所示，選擇“Boundaries”來定義邊界條件。假設在（z=0）處的晶體面與固體接觸時為常溫，當然我們也可以勾選流體冷卻。假設固體溫度為293K。在3能級系統(tǒng)中，我們一般都采用開氏溫度。參考溫度是用來計算晶體熱畸變，對應于晶體的初始溫度。 yr=$a3web;  
    >9F&x>~  
    圖3.定義邊界條件 7mG/f  
    在本次結構設計中不使用Doping & Mats 標簽。 op!8\rM<e  
     t.0F  
    3.選項定義控制FEA d~#>.$Uu  
    選擇“FEA Options”，定義網格參數，收斂判據和最大迭代次數�？梢詤⒖紟椭謨圆檎腋敿毜男畔�。我們可以保持現有條目值不變�；诂F有網格大小，推薦使用700MB RAM。要得到關于畸變的準確結果，現案例的結果非常小，我們可以將沿著x，y方向的網格降低到0.06，但是最低就需要1024MB RAM來得到這樣精確的網格。 w<}kY|A"=-  
    VHwAO:+-  
    圖4.計算 X)P;UVR0  
    點擊“Apply & Run FEA”開始FEA分析，彈出的Finite Element Analysis窗口顯示當前運行的迭代次數。 n."vCP}O+  
     ;Ih:$"$!  
    4. FEA結果顯示 Y|%s =0M  
    FEA計算完成之后，點擊LASCAD 主菜單中“FEA-3D Visualizer” ，顯示熱負載分布，溫度分布，變形和壓力結果。圖5顯示了未冷卻處理的腔端面處的溫度分布。 %#5yC|o9Pn  
    |ipL.<v7  
    圖5.溫度分布
    4KH8dau.fF  
    在LASCAD主菜單中點選“FEA-2D Data Profiles”，打開2D Profiles & Parabolic Fit ，顯示FEA結果的二維曲線。默認條件下顯示的是溫度分布。點選窗口右上角的下拉框，可以選擇晶體z軸方向不同位置處的二維曲線，該曲線與FEA離散點有關。同時，可以沿著z軸方向滾動鼠標，查看曲線特性。 <UI^~Azc#  
    -nM=^ i4)  
    5. FEA結果拋物線擬合 >iE/t$%1  
    在2D Profiles & Parabolic Fit 窗口中點擊Refresh &Fit，進行橫向折射率分布和變形擬合。擬合計算是沿著z軸分段計算的，由FEA離散化同時生成的�，F有的網格參數，已經有10段生成。折射率分布的擬合曲線如圖6所示。 ]mO$Tg&s~  
    擬合曲線是在z=0.06mm處生成的。 ,mkXUW  
    6k569c{7  
    -B+Pl*  
    圖6.拋物線擬合 \53(D7+  
    Tvdg:[V<  
    在“Show Parab.Fit ”下拉菜單中點選Left face或者Right Face，可以看到端面處的擬合情況。端面處的擬合結果不夠精確，因為畸變很小，我們必須在x y軸方向設置更精確的網格和增加更多的迭代次數來獲得更精確的結果。但是，該設置對現有設計目標的結果不是很重要，因為很小的畸變幾乎不影響激光模式。 Fog4m=b`g  
    6} b1*xQ  
    6. 在模式中插入熱透鏡 6M sVV_/  
    按住ALT鍵同時點擊模式圖的元件0和元件1之間的區(qū)域以插入一個棒，這時模式涂上會出現一個黃色的元件，代表熱透鏡。元件0和元件1之間的距離也被調整為晶體的長度。我們將模式圖中的熱透鏡拉伸至如圖7所示。 u`K)dH,  
    [w>T.b  
    X*4iNyIs_  
    圖7.插入熱透鏡 kBF.TGT[l  
    "$@>n(w  
    7. 激光功率輸出計算 e u{  
    點擊主菜單Laser Power 打開Laser Power Output ，如圖8所示。 V]4g- CS[  
    {0~ Sj%Ze  
    j.}@