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指南3 如何计算Yb:YAG薄片激光器的热透镜和激光功率输出? {/LZcz[ b$Hz3TJ( 目录 ~1*A 1. 运行LASCAD并定义泵浦光分布 1 Y7GF$}%UL 2. 用EFA定义边界条件 3 &3v&i*DG,I 3. 选项定义控制FEA 4 -/x
W 4. FEA结果显示 5 X 6lH|R 5. FEA结果抛物线拟合 6 T"T;`y@( 6. 在模式中插入热透镜 7 "o&HE@t 7. 激光功率输出计算 8 R0;efD _Cy:]2o U{~SXk'2+ 1.运行LASCAD并定义泵浦光分布 %d m-?` 运行LASCAD,从路径C:Program FilesLASCADTutorials中打开tutorial-3.lcd,用“shrink-stretch”工具拉伸模式图,直到看到黄色的热透镜形状。热透镜只有0.12mm,因此需要拉伸其长度。 'r} zY-FM` 选择主菜单“FEA-Parameter Input & FEA code”,打开“Crystal ,Pump Beam and Material Parameters ”窗口,该窗口有6个标签。“Models”标签显示了LASCAD提供的预定义模式,如图1所示。在这个教程中,模式Cylindrical rod with top hat 已经被勾选,该模式表示吸收泵浦光强分布在热透镜轴方向为近似平顶(也称为常数)分布。 mmEp'E |!H?+Jj: 图1.定义泵浦棒 pilh@#_h 选择’Pump Light’标签,如图2所示,该标签用于定义泵浦功率密度。在这个模式下,我们必须事先知道总的吸收泵浦功率。总的吸收功率为500W。垂直于薄片轴的泵浦功率用超高斯函数定义,如help=>Pump Light-Top Hat Pump Light Distribution in Axis Direction。光斑的大小等于分布半径。超高斯指数增大到一定程度后,截面分布接近平顶分布。可以点击“Show Pump Profile”来查看截面图。我们甚至可以从这个截面图中减去一定百分比被吸收的泵浦光功率。 =s}Xy_+:
sM\lO 图2.定义泵浦光 8ga_pNe 2.用EFA定义边界条件 _P,^_%}V06 s$DrR
如图所示,选择“Boundaries”来定义边界条件。假设在(z=0)处的晶体面与固体接触时为常温,当然我们也可以勾选流体冷却。假设固体温度为293K。在3能级系统中,我们一般都采用开氏温度。参考温度是用来计算晶体热畸变,对应于晶体的初始温度。 F?u^"}%Fc z *9FlV 图3.定义边界条件 t` 8!AhOgc 在本次结构设计中不使用Doping & Mats 标签。 W3&tJ8*3 I\Glc=T* 3.选项定义控制FEA )9=(|Lp 选择“FEA Options”,定义网格参数,收敛判据和最大迭代次数。可以参考帮助手册查找更详细的信息。我们可以保持现有条目值不变。基于现有网格大小,推荐使用700MB RAM。要得到关于畸变的准确结果,现案例的结果非常小,我们可以将沿着x,y方向的网格降低到0.06,但是最低就需要1024MB RAM来得到这样精确的网格。 J$9:jE-4 h?UVDzI!O 图4.计算 hzY[
G: 点击“Apply & Run FEA”开始FEA分析,弹出的Finite Element Analysis窗口显示当前运行的迭代次数。 G",.,Px yg;_.4TpIO 4. FEA结果显示 Y\+KoR'; FEA计算完成之后,点击LASCAD 主菜单中“FEA-3D Visualizer” ,显示热负载分布,温度分布,变形和压力结果。图5显示了未冷却处理的腔端面处的温度分布。 :XV}
c(+d (0Naf 图5.温度分布 p"`% 在LASCAD主菜单中点选“FEA-2D Data Profiles”,打开2D Profiles & Parabolic Fit ,显示FEA结果的二维曲线。默认条件下显示的是温度分布。点选窗口右上角的下拉框,可以选择晶体z轴方向不同位置处的二维曲线,该曲线与FEA离散点有关。同时,可以沿着z轴方向滚动鼠标,查看曲线特性。 K(T\9J. f+Dn9t 5. FEA结果抛物线拟合 7Bz*r0 9S 在2D Profiles & Parabolic Fit 窗口中点击Refresh &Fit,进行横向折射率分布和变形拟合。拟合计算是沿着z轴分段计算的,由FEA离散化同时生成的。现有的网格参数,已经有10段生成。折射率分布的拟合曲线如图6所示。 X6RQqen3: 拟合曲线是在z=0.06mm处生成的。 "DSPPE&[c ohc1 ~?3b RbQ < |