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2021-02-04 09:35 |
如何计算Yb:YAG薄片激光器的热透镜和激光功率输出
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? $7A8/# uhutg,[ 目录 b*Q&CL 1. 运行LASCAD并定义泵浦光分布 1 mU9kVx1+ 2. 用EFA定义边界条件 3 %GIr&V4| 3. 选项定义控制FEA 4 _2 osV[e 4. FEA结果显示 5 Xm2z}X(% 5. FEA结果抛物线拟合 6 '(jG[ry&T 6. 在模式中插入热透镜 7 R
.2wqkY 7. 激光功率输出计算 8 L\z~uo3: %BB%pC 1hNq8*| 1.运行LASCAD并定义泵浦光分布 57'4ljvYi 运行LASCAD,从路径C:Program FilesLASCADTutorials中打开tutorial-3.lcd,用“shrink-stretch”工具拉伸模式图,直到看到黄色的热透镜形状。热透镜只有0.12mm,因此需要拉伸其长度。 sds"%]rg 选择主菜单“FEA-Parameter Input & FEA code”,打开“Crystal ,Pump Beam and Material Parameters ”窗口,该窗口有6个标签。“Models”标签显示了LASCAD提供的预定义模式,如图1所示。在这个教程中,模式Cylindrical rod with top hat 已经被勾选,该模式表示吸收泵浦光强分布在热透镜轴方向为近似平顶(也称为常数)分布。 IRqy%@) I[X772K
图1.定义泵浦棒 3%=~)7cF 选择’Pump Light’标签,如图2所示,该标签用于定义泵浦功率密度。在这个模式下,我们必须事先知道总的吸收泵浦功率。总的吸收功率为500W。垂直于薄片轴的泵浦功率用超高斯函数定义,如help=>Pump Light-Top Hat Pump Light Distribution in Axis Direction。光斑的大小等于分布半径。超高斯指数增大到一定程度后,截面分布接近平顶分布。可以点击“Show Pump Profile”来查看截面图。我们甚至可以从这个截面图中减去一定百分比被吸收的泵浦光功率。 `,*5wBC P J[`|
图2.定义泵浦光 ;@E$}*3[>V 2.用EFA定义边界条件 0NX,QD _``=cc 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。 cDkf qcC D*|Bb?
图3.定义边界条件 WQO) =n 在本次结构设计中不使用Doping & Mats 标签。 K8Y=S12Ti x`)&J
B 3.选项定义控制FEA OprkR 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。 Jma1N;d 3>VL}Ui}
图4.计算 >Wg hn:^ 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。 }txX;"/ O463I.XAP 4. FEA结果显示 | (_ 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。 gCY';\f! C8i^P}y
图5.温度分布 ]~hk6kS8Q 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。 ZbAcO/ $z*'fXg 5. FEA结果抛物线拟合 yY&I | |