sAz]8(Fi0 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？ 5b^`M |}>;wZ[7 目录 9xm' 0 ' 1. 运行LASCAD并定义泵浦光分布 1 &.}Z j*BD 2. 用EFA定义边界条件 3 Gv 3AJ'NL 3. 选项定义控制FEA 4 9c_h+XN?y 4. FEA结果显示 5 c={b unnz# 5. FEA结果抛物线拟合 6 !D UC#)F 6. 在模式中插入热透镜 7 ry%Fs&V*> 7. 激光功率输出计算 8 ;,yjkD[mWE E}WO?xxv74 -O?}-6,_Z 1．运行LASCAD并定义泵浦光分布 u \zP`Y 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。 3r (i=ac0 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。 rpu{YC1C%
图1.定义泵浦棒 ()>,L? y
?yq1\G)] 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。 9As K=/Buf
VNmQ'EuV}2 7. 激光功率输出计算点击主菜单Laser Power 打开Laser Power Output ，如图8所示。 & ZRriqsQg
图8.功率计算 ,y+}0q-Ou
k yFq 在本例中，采用薄片激光器普遍使用的Yb:YAG材料作为激光材料。该材料也叫做准三能级材料，也就是说低能级与基态能级系统的能级间隙很小。在计算激光功率输出时，需要考虑低能级的激光辐射吸收。
图9.材料定义
Q3$AL@". 4[ 7) $ 图10.三能级系统
"0(H! } D 在“Crystal, Pump Beam, and Material Parameters”窗口中打开“Material Parameters”标签，可以显示Yb:YAG材料的参数，如图10所示。在图10中已勾选“3-level-laser-system”。可以点选旁边的“show material parameters for 3-level-systems”查看能级系统参数，如能级数，再吸收有效十字区域。技术文件laser power.pdf中有关于激光功率输出的理论和数学模型的讲解。该技术文件可以从http://www.las-cad.com.cn/documentation.htm链接中下载，也可以在LASCAD安装CD-ROM中找到。由于低能级系统的温度依赖性，考虑当地温度分布就很重要，即在FEA计算后得到的温度分布。LASCAD3.6是第一个商业化的在三能级激光系统计算激光输出功率时考虑全三维温度分布的程序。 %` cP|k 因为薄片激光器经常考虑多模运算，因此在图8中我们勾选了“Multimode Operation”。为了限制模式结构的半径，我们也勾选“Account for Apertures”工具箱。孔径大小在“Parameters Field ”窗口的“Apertures”中定义，与泵spot的半径近似相等。选择“Plot single point”，点选“Apply &plot”，计算500W吸收泵浦功率的激光输出功率。 csPziH$wl 选择性地，你可以选择“Plot curve with ……grid points” ，采用预定义的20个网格点。这个计算会耗一定时间。后一个案例中，在定义X方向和Y方向的最小和最大的吸收泵浦功率分别为300W和500W。这个计算*临界值和斜度效率，如图8所示。在“Laser Power Output” 窗口中选择“Help-GUI”，或者参考LASCAD手册里的额外信息。 H 40~i =.
图10.三能级系统