經(jīng)過了15年的發(fā)展，LASCAD™已經(jīng)成為激光諧振腔分析與設(shè)計（Laser Cavity Analysis and Design）行業(yè)的領(lǐng)軍軟件。大量的用戶群體反饋的意見和建議幫助我們更好地提高諧振腔的設(shè)計技術(shù)并且積累了很多經(jīng)驗(yàn)。 %hlg LM 為了優(yōu)化諧振腔的設(shè)計，LASCAD™提供了一套獨(dú)特的模擬工具的集合： sPVE_n 熱性能與腔結(jié)構(gòu)的有限元分析（FEA）方法對腔內(nèi)晶體的熱效應(yīng)進(jìn)行分析。 n_:EWm$\ ABCD高斯光束傳輸矩陣，包括熱透鏡效應(yīng)和增益導(dǎo)引機(jī)制的分析。 'oH3| 多模與調(diào)Q運(yùn)行的動態(tài)分析（DMA）方法，分析激光光束的動態(tài)特性以及三維空間中的特性。 G"tlJ7$myQ 3D物理光學(xué)傳輸矩陣（BPM），包括了衍射與增益的動態(tài)特性。 S^ D7} n`@dk_%yI Fig.1. LASCAD™的圖形用戶界面 f( Dtv
LASCAD™ h-RhmQA=Iz 計算機(jī)上的光學(xué)工作平臺 ec/>LJDX7
Z} t^i^u 為了簡化操作，LASCAD™提供了復(fù)合的工程工具，如圖1所示的軟件用戶界面，可以當(dāng)作計算機(jī)上的工作平臺，用戶可以直接進(jìn)行諧振腔的設(shè)計。這樣，用戶就可以不用花費(fèi)大量的時間學(xué)習(xí)復(fù)雜的操作。 xR8.1T?8 通過鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對光學(xué)元件，例如反射鏡，透鏡或者晶體的添加，復(fù)合，調(diào)整或者刪除。 >2=
Y 35j 諧振腔和晶體的像散在設(shè)計過程中已經(jīng)自動考慮了。 RWX!d54& 軟件的菜單提供熱效應(yīng)的有限元分析，高斯光束的ABCD傳輸矩陣，物理光學(xué)，調(diào)Q運(yùn)行，諧振腔穩(wěn)定性以及輸出功率的計算。 .<J v=
&,=FPlTC= LASCAD™ Go^TTL 激光工程師的有用助手 qj `C6_?
DycXJ3eQ 為了發(fā)展一種強(qiáng)大的諧振腔設(shè)計軟件，激光工程師們必須面對技術(shù)和理論的交叉問題。隨著激光系統(tǒng)的小型化，輸出功率的不斷增長，熱透鏡效應(yīng)的分析變得越來越重要。該效應(yīng)嚴(yán)重依賴于系統(tǒng)的特性：包括材料參數(shù)、腔的幾何形狀、泵浦光束的分布以及冷卻系統(tǒng)。同時它與增益動態(tài)特性、模式競爭、調(diào)Q以及其他影響光束質(zhì)量和激光器效率的因素相互作用�；谶@些效應(yīng)的數(shù)值模擬，LASCAD為激光工程師們提供了諧振腔設(shè)計過程中相關(guān)特性的定量分析。 [ S8 *b^t4
S 4?WR+:h 熱效應(yīng)的有限元（FEA）分析 U=7nz|
@rA V;D % FEA可以用于計算激光器晶體的溫度分布、變形、應(yīng)力和機(jī)械斷裂。計算過程中需要考慮材料的參數(shù)、泵浦構(gòu)型以及冷卻結(jié)構(gòu)等。FEA是技術(shù)物理領(lǐng)域中一種眾所周知的求解差分方程的數(shù)值方法，例如，熱傳導(dǎo)方程。雖然在其他許多工程領(lǐng)域，F(xiàn)EA得到廣泛的成功應(yīng)用并且是一個不可或缺的方法，但是目前還沒有在其他任何一款商用激光設(shè)計軟件上實(shí)現(xiàn)。 ]T)<@bmL
3~V . 為了讓FEA能夠直接應(yīng)用于激光腔的設(shè)計，LASCAD™對重要構(gòu)型進(jìn)行FEA模型預(yù)設(shè)計，例如，端面或者側(cè)面泵浦的棒狀、條狀以及盤狀激光器。多種材料或者摻雜的晶體也有相關(guān)的模型，例如未摻雜的端面鏡。用戶可以自定義尺寸、FEA網(wǎng)格、邊界條件以及模型中的其他參數(shù)。與溫度相關(guān)的材料參數(shù)也可以通過解析式添加到模型中去。 7!h>
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GNE Pb?+T 被吸收的泵浦功率密度分布采用基于超高斯函數(shù)的解析近似表達(dá)式進(jìn)行表征。為了實(shí)現(xiàn)吸收泵浦光的數(shù)值建模，LASCAD™支持從ZEMAX和TracePro的光線追跡程序?qū)霐?shù)據(jù)。這些程序可以生成吸收泵浦功率密度的三維數(shù)據(jù)，可以直接導(dǎo)入到LASCAD™中。ZEMAX和TracePro對模擬閃光燈泵浦或者非常規(guī)的泵浦結(jié)構(gòu)時的泵浦光分布非常有用。 3Pgokj
m(d|T wG{ 圖 2a，2b，2c分別給出了端面泵浦棒狀晶體的溫度分布、變形以及應(yīng)力分布。圖3a，3b，3c分別給出了側(cè)面泵浦棒狀晶體的泵浦功率、溫度以及應(yīng)力張量的zz分量。 d0C _:_ bar=^V) 高斯光束ABCD傳輸矩陣方法 )B)f`(SA"<
c8Ud<M . 將FEA的結(jié)果應(yīng)用到ABCD傳輸矩陣，溫度分布，以及溫度相關(guān)的折射率函數(shù)，在垂直光軸方向進(jìn)行拋物線擬合，結(jié)果如圖4所示。在擬合過程中，有限元網(wǎng)格在沿著晶體軸和垂直的方向上又進(jìn)行劃分。用同樣的方法可以完成晶體端面變形的擬合。對于很多結(jié)構(gòu)，例如端面泵浦的晶體棒，上述擬合近似可以得到的激光模式的可靠解。 n\V7^ N 
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