如何计算一个简单激光腔中端面泵浦棒的热透镜(3)

cherryjhy · 发表于 2023-1-30 17:39:16

3. 调整腔参数
在如图12所示的窗口中调整谐振腔结构的参数，许多工具的详细描述请参阅在LASCAD手册。
可以通过紧靠在模式图下方的两个箭头来缩短或增长图形，也可以用鼠标左键选中镜端面然后拖动鼠标来改变图形的大小。这时，代表晶体的黄色部分也将随着鼠标移动。如果要插入其他元件，按住SHIF键并单击图形中要插入元件的位置，这时如图13所示的“Insert Element”窗口将弹出来。这个窗口的排列与“Parameter Field”窗口相对应。为了简化，插入的新面元件与新元件左边介质的属性定义相同。
可以在对话框中定义元件类型，比如焦距、曲率半径等等。如果要删除某个元件，按下CTRL 键的同时用鼠标指向需要删除的元件后按下左键，这时会弹出一个消息框，单击确定就删除了指向的那个元件。用这样的方法，热透镜同样可以删除。
可以通过“Parameter Field”窗口中“Type－Param”对话框的参数来改变端面透镜的曲率。也可以这样改变元件的参数：单击“Parameter Field”窗口中的任意对话框，然后拖动“Standing Wave Resonator”窗口下方的滑动条，就可以相应改变这个对话框中的数据。这种方法在使用手册和快速入门中都有描述。
研究热透镜对泵浦光的依赖关系的步骤如下：选定“Parameter Field”窗口中的“General”标签，在“Pump Power for rescaling”对话框框中输入新值，所有的热效应会按照初始泵浦功率与输入值的比进行线性调整。

图12

图13

其他工具的详细描述请参阅LASCAD 手册。

4. 激光腔特性分析工具

LASCAD包含几种分析腔特性的工具，现在的这个例中会涉及到其中的一些。
4.1. 激光腔稳定性分析
在如图12所示的窗口中，可以看到在窗体标题下的“Show Stability Diagram”复选框。选定这个复选框就会打开如图14所示的“Stability Diagram”窗口。

图14

单击“Plot”按钮就可以显示确切的谐振腔结构的稳定性。图形中红色的十字形符号所在的位置表示腔的稳定性。改变诸如反射镜曲率半径这样的腔参数以后，再单击“Plot”按钮，将出现第二个十字形符号，它的位置表明了腔参数改变对腔稳定性的影响。重复前面的操作，可以画出一系列的十字形符号，最后画的这个总是红色而以前的变成了蓝色。腔的稳定性对泵浦功率的依赖关系是非常重要的，因此为了分析这种关系像在第3节中描述的那样对泵浦功率进行调整。
选定“Show y-plane diagram”选项则显示y平面的稳定图。像g参数这样的概念的定义请参阅LASCAD手册的6.5 节。

4.2. 高斯横模的分布以及与泵浦光分布的重叠显示
在如图12中，可以看到紧靠在模式图上方的“Show Mode Profile”的窗口有一个复选框，选定这个选项打开如图15所示的“Mode Profile”窗口。
用鼠标单击模式图窗口（如图1 所示）右边垂直的紫红色竖条，并将它拖动到模式图中就能看到竖条所在位置的横模高斯分布。
如果将竖条拖动到晶体所在的位置，不仅显示模的分布还显示泵浦光（蓝线表示）与模的重叠。对高阶模存在的情况，可以用窗口右下角的左右箭头控制高阶横模的显示。
泵浦光沿x轴和y轴方向的差别是由于在两个方向上输入的高斯指数不同（如图3所示）。

4.3. 计算激光功率输出
选定LASCAD主窗口菜单中的“Laser Power”命令，打开如图16所示的“Laser Power Output”窗口。
作为入射泵浦功率的一个函数，输出激光功率可以通过按下“Plot”按钮开始计算。按下“Adjust Range”按钮可以调整绘出曲线和坐标轴限制相适应。为了计算此图，对热透镜效应作了线性调整，第3节的“Modifying cavity parameters”有对这个问题的相关描述。计算的点数可以通过窗口右上角的上下箭头来改变。

图15

选定对话框“Plot Mode”中的“Point”选项就可以画出点图。选定对话框“Definition of x-Axis Variable”的“Use output mirror reflectivity”选项可以画出输入功率与输出镜反射率的关系。
选定“Multimode Operation”按钮可以画出多模工作时的输出功率。对这种情况，模的形状是几个横模的叠加，它近似于一个平顶高斯光束，改变最高阶横模的阶数可以改变平顶光束的宽度。当这样调整时，最高阶模宽度沿腔轴的变化也考虑进去了。

图16

选定“Pulsed Operation”选项，输入脉冲时间和频率。其他的相关内容请参阅“指南2”。脉冲运转可用矩形脉冲来近似，选中“Pulsed Operation”复选框可以输入脉冲持续时间和重复频率。

5. 光束传输代码（BPM）

仅有抛物线近似和ABCD 代码并不都能满足应用。在有些情况，FEA结果可以作为波光传输代码的输入，这些代码能以3D方式模拟传输波前与有热畸变的高温晶体的相互作用，且不使用抛物线近似。这里仅仅只是介绍在默认设置情况下如何启动BPM代码，更详细的描述请参阅LASCAD使用手册。
点击LASCAD主窗口中的“BPM”选项中的“Run BPM”命令，在弹出的窗口中的输入框也用来控制BPM代码的执行。

图17

图18

保持默认设置，单击“Run BPM”按钮运行BMP代码。与BMP主窗口一起，有两个图形窗口打开。其中一个显示反射镜右端面的模分布，如图18所示；另一个窗口显示光束半径的收敛性与腔迭代次数的增加的关系，如图19所示。图19所示的收敛性极限与图12模式图左边放大所示的模光斑大小相当一致。

关于如何运行多模工作时的BPM代码，请参阅指南2的详细介绍。

图19

图20

如何计算一个简单激光腔中端面泵浦棒的热透镜(3)

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