指南3 如何計(jì)算(suàn)Yb:YAG薄片激光器(qì)的熱透鏡和(hé)激光功率輸出？
目錄
1. 運行(xíng)LASCAD并定義泵浦光分布 1
2. 用EFA定義邊界條件 3
3. 選項定義控制(zhì)FEA 4
4. FEA結果顯示 5
5. FEA結果抛物線拟合 6
6. 在模式中插入熱透鏡 7
7. 激光功率輸出計(jì)算(suàn) 8
1．運行(xíng)LASCAD并定義泵浦光分布
運行(xíng)LASCAD，從路徑C:Program FilesLASCADTutorials中打開(kāi)tutorial-3.lcd，用“shrink-stretch”工具拉伸模式圖，直到看到黃色的熱透鏡形狀。熱透鏡隻有(yǒu)0.12mm，因此需要拉伸其長度。
選擇主菜單“FEA-Parameter Input & FEA code”，打開(kāi)“Crystal ,Pump Beam and Material Parameters ”窗口，該窗口有(yǒu)6個(gè)标簽。“Models”标簽顯示了LASCAD提供的預定義模式，如圖1所示。在這個(gè)教程中，模式Cylindrical rod with top hat 已經被勾選，該模式表示吸收泵浦光強分布在熱透鏡軸方向為(wèi)近似平頂（也稱為(wèi)常數(shù)）分布。
圖1.定義泵浦棒
選擇’Pump Light’标簽，如圖2所示，該标簽用于定義泵浦功率密度。在這個(gè)模式下，我們必須事先知道(dào)總的吸收泵浦功率。總的吸收功率為(wèi)500W。垂直于薄片軸的泵浦功率用超高(gāo)斯函數(shù)定義，如help=>Pump Light-Top Hat Pump Light Distribution in Axis Direction。光斑的大(dà)小(xiǎo)等于分布半徑。超高(gāo)斯指數(shù)增大(dà)到一定程度後，截面分布接近平頂分布。可(kě)以點擊“Show Pump Profile”來(lái)查看截面圖。我們甚至可(kě)以從這個(gè)截面圖中減去一定百分比被吸收的泵浦光功率。
圖2.定義泵浦光
2.用EFA定義邊界條件
如圖所示，選擇“Boundaries”來(lái)定義邊界條件。假設在（z=0）處的晶體(tǐ)面與固體(tǐ)接觸時(shí)為(wèi)常溫，當然我們也可(kě)以勾選流體(tǐ)冷卻。假設固體(tǐ)溫度為(wèi)293K。在3能級系統中，我們一般都采用開(kāi)氏溫度。參考溫度是用來(lái)計(jì)算(suàn)晶體(tǐ)熱畸變，對應于晶體(tǐ)的初始溫度。
圖3.定義邊界條件
在本次結構設計(jì)中不使用Doping & Mats 标簽。
3.選項定義控制(zhì)FEA
選擇“FEA Options”，定義網格參數(shù)，收斂判據和(hé)最大(dà)叠代次數(shù)。可(kě)以參考幫助手冊查找更詳細的信息。我們可(kě)以保持現有(yǒu)條目值不變。基于現有(yǒu)網格大(dà)小(xiǎo)，推薦使用700MB RAM。要得(de)到關于畸變的準确結果，現案例的結果非常小(xiǎo)，我們可(kě)以将沿着x，y方向的網格降低(dī)到0.06，但(dàn)是最低(dī)就需要1024MB RAM來(lái)得(de)到這樣精确的網格。
圖4.計(jì)算(suàn)
點擊“Apply & Run FEA”開(kāi)始FEA分析，彈出的Finite Element Analysis窗口顯示當前運行(xíng)的叠代次數(shù)。
4. FEA結果顯示
FEA計(jì)算(suàn)完成之後，點擊LASCAD 主菜單中“FEA-3D Visualizer” ，顯示熱負載分布，溫度分布，變形和(hé)壓力結果。圖5顯示了未冷卻處理(lǐ)的腔端面處的溫度分布。
圖5.溫度分布 |
