| 小火龍果 |
2023-12-07 16:49 |
RP 系列激光分析設(shè)計軟件 | 如何處理仿真中的熱透鏡效應(yīng)
在許多激光器或放大器設(shè)備中，熱透鏡起著重要的作用，因此應(yīng)該在數(shù)值模擬中加以考慮。 QF7iU@%-
在本文中，我首先簡要描述了熱透鏡的來源，然后向您展示如何在我們的軟件中處理這種效應(yīng)。 7|"gMw/
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什么是熱透鏡？ XSu9C zx&I
當激光增益介質(zhì)(例如激光晶體)被泵浦時，通常會產(chǎn)生一些熱量，這些熱量隨后需要通過熱傳導帶走。因此不可避免地會在增益介質(zhì)中形成溫度梯度。形成激光的熱透鏡效應(yīng)與以下物理機制相關(guān): wd/"! A4(
l 折射率與溫度相關(guān)。 +])St3h
l 晶體內(nèi)部的機械應(yīng)力也會改變折射率(光彈性效應(yīng))。 16p$>a<6
l 此外，機械應(yīng)力會導致端面凸出，使激光晶體具有透鏡的形狀。 !/6`< eQ
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在一般情況下，首先提到的影響因素往往是最主要的。下圖顯示了一般情況下數(shù)值計算的溫度曲線。 &4%j
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圖1:模擬端面泵浦Nd:YAG棒的橫向泵浦強度分布(紅色)和熱分布(藍色)。溫度分布僅在晶體中心附近近似為拋物線，因此光束半徑等于泵浦光束半徑的激光模式將產(chǎn)生一些像差。 w<3g1n7R
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諧振腔設(shè)計中的熱透鏡效應(yīng) V=@M!;'<
我們的諧振器設(shè)計軟件RP Resonator基于ABCD矩陣算法計算激光諧振腔的模式特性。(準確地說，它使用一種擴展矩陣(ABCDEF矩陣)來處理錯位影響，但這與我們的上下文無關(guān)。) } h.]sF
這里，只能處理拋物線形狀的透鏡效應(yīng)，即沒有球差的透鏡效應(yīng)。軟件可以很容易地定義熱透鏡效應(yīng)的分布，例如，激光晶體被定義為一個“棱鏡”，因此可以指定參數(shù)n2，它是折射率的徑向相關(guān)性的二階系數(shù):n(r)= n0-0.5n2r2 。這個參數(shù)可以簡化為熱透鏡的屈光度除以晶體長度。屈光度可以從別處得知，或者至少在簡化的情況下，可以用簡單的公式從耗散功率密度計算出。一種常見的情況是提供一根至少在激光束體積內(nèi)被均勻泵浦的圓柱形棒。 5jpb`Axj#
原則上，也可以將具有一定屈光力的薄透鏡插入到激光晶體的左側(cè)或右側(cè)，或者當將激光晶體分成兩部分時，插入到激光晶體的中間。在許多情況下，結(jié)果將類似于分布式透鏡的結(jié)果。然而，在某些情況下存在差異，例如，當激光晶體占總諧振器長度的大部分時，分布式透鏡很容易處理。 ,DHiM-v
在極少數(shù)情況下，由于端泵激光器中泵浦強度的降低，熱透鏡效應(yīng)沿光束方向不均勻是可能的。因此你必須將激光晶體分成多個部分，每個部分都有不同的透鏡強度。只需一點腳本代碼，包含一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，就可以簡單地實現(xiàn)自動化，這樣您就不必手動輸入多個晶體段。 pm*6&,
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光纖和激光模擬中的熱透鏡效應(yīng) 0
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