动态多模分析和调Q运转模拟

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zhangyifan 发表于 2023-9-19 09:53:43 | 显示全部楼层 |阅读模式

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动态多模分析和调Q运转模拟 1
1.介绍 1
2.激光器连续输出时输出功率,模式竞争,和光束质量的模拟 2
3.Q开关运转模拟 6
4.光阑影响模拟 10
5.结论 12
1.介绍
动态多模分析的目的是进行激光多模和激光调Q运转分析。激光腔内横模结构近似为HG和LG模式。HG和LG模式是不同本征频率对应的正交特征函数,我们假设模式之间的横模振荡互不干扰,因此模式之间的短时干涉影响可以忽略。基于这个假设,起振模式中的反转粒子数密度和光子数是由下面的以时间为变量的3D速率方程描述:

format,webp.jpg

方程1-3描述反转粒子数密度 ,腔内总光子数 ,归一化光子密度分布 ,单个横模的光子数 ,相应的单个模式归一化光子密度分布 。在单个模式中基于光子数 的时间和光子密度分布 用于描述整个横模结构的分布。采用同样的方法,可以得到与时间相关的模式竞争效应分析和腔的多模行为。该计算结果可用于计算光束质量和激光功率输出,描述与时间相关的Q开关运转。方程2-3中的参数如下

format,webp.jpg

方程2-3用于四能级激光系统。准三能级系统的多模分析还在研究中。三能级([color=rgb(51, 51, 51) !important]泵浦能级)和能级2(激光上能级)之间,能级1(激光下能级)和能级(基态能级)之间的快速衰减速率已被假定。在前面的章节中有详细的关于计算激光输出功率,Q开关运转和光阑影响的参数和方程之间的数学关系的介绍。或者,可以点击LASCAD主窗口主菜单的“Help DMA Code”。接下来有一个关于DMA编码的指南。它显示了怎样比较合理地定义DMA GUI中单个输入参数来模拟CW多模操作,Q开关运转和光阑的影响。
2.激光器连续输出时输出功率,模式竞争,和光束质量的模拟
  要使用DMA编码,需要在腔内插入一个热透镜晶体。可以参照教程1的说明,准备一个端面[color=rgb(51, 51, 51) !important]泵
浦的晶体。简便地,我们可以直接打开tutorial-1.lcd文件激活腔结构,该文件可以在LASCAD的子目录“tutorials”中找到。在我们设置好[color=rgb(51, 51, 51) !important]FEA
编码和在模式腔内插入晶体后,在LASCAD主菜单中选择 “Dynamic Multimode Analysis”,打开DMA窗口。在该窗口中,点击Open GUI for DMA,打开“Dynamic Multimode Analysis”。该窗口有5个标签,如下:
2.1 高斯模式选项
  点选该选项并选择“type of Gaussian modes”来近似激光模式结构。如果模式结构是象散的,选择Hermite-Gaussian模式。在旋转对称腔[color=rgb(51, 51, 51) !important]结构设计时,选择LG模式更好。但是,如果横模数量较多,则推荐采用Hermite-Gaussian模式,高阶LG在数值上更复杂。模式类型选择会自动地基于激光模式结构的象散选择。“Maximum transverse mode order”定义在x和y方向的最大传输模式阶数Nmax。但是,随着Nmax的增加,由于总模式数

format,webp.jpg

,因此M也会跟着变大,将耗费一定的计算时间。

如果Nmax已经定义,我们需要设置“Number of grid points in x- and y- direction”足够大来解决高阶传输模式的传输强度振幅分布。否则,该数值和热[color=rgb(51, 51, 51) !important]FEA
中使用的横向格点大小一样。热FEA大小仍然保留“Number of grid points in z-direction”。“Stretch factor in x- and y-direction related to beam diameter”的定义严格依赖于Nmax和在Help中描述的泵浦光分布情况。如果Nmax=0,我们就需要将伸展因子设置为2来考虑基模和吸收泵浦光功率分布的叠加情况。


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