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如何計(jì)算(suàn)一個(gè)側面泵浦棒的簡單激光器(qì)諧振腔的熱透鏡效應(2) |
| 時(shí)間(jiān):2020-12-22 16:54來(lái)源:訊技(jì)光電(diàn)作(zuò)者: 技(jì)術(shù)部點擊:次打印 |
| “Total incident pump power”是從二極管聚集到棒上(shàng)的總功率。 | | |
“Inner radius of flow tube”和(hé)“Outer radius of flow tube”分别是液流管道(dào)的內(nèi)半徑和(hé)外半徑。如果你(nǐ)的模型裏沒有(yǒu)液流管道(dào)，将外徑和(hé)內(nèi)徑設置得(de)很(hěn)接近，并将液流管道(dào)的折射率設成和(hé)液體(tǐ)的折射率一樣。
“Radius of cylindrical reflector”是圓柱反射腔的半徑，圓柱反射腔用來(lái)将第一次通(tōng)過棒的泵浦光再反射回棒裏面。
“Distance of reflector from rod axis”不一定要和(hé)反射腔的半徑完全一緻，例如反射腔可(kě)以是平面的，當然在大(dà)部分情況下是相同的。如果沒有(yǒu)反射腔，這一項的參數(shù)可(kě)以設置很(hěn)大(dà)的數(shù)值。
如果你(nǐ)有(yǒu)很(hěn)多(duō)組的二極管在棒周圍，那(nà)麽“Lenth of diode bars”和(hé)“Number of diode groups along rod axis”這兩項的意義取決于二極管的排列。
如果二極管的放置是沿着光發射的方向，也就是平行(xíng)于棒軸，在“Length of diode bars”中輸入這一排的長度，在“Number of diode groups along rod axis”中輸入1。
如果二極管組的放置是有(yǒu)一定偏轉角度的，如圖4所示是沿着棒放置三組二極管的結構的泵浦光分布，在“Length of diode bars”中輸入二極管的物理(lǐ)長度，“Number of diode groups along rod axis”中輸入二極管組的數(shù)目。在圖4中，每一組二極管由三個(gè)二極管條組成，并對稱的安排在棒的周圍。偏轉角為(wèi)60°。總的來(lái)說，如果棒周圍的一組二極管數(shù)目為(wèi)n，那(nà)麽偏轉角就是360°/2n。
圖4
“The number of irradiation directions”由棒周圍的二極管數(shù)量決定，假定對沿着棒軸的所有(yǒu)二極管組此數(shù)值都是不變的。
“Angle between irradiation directions”是與棒軸垂直的平面裏相鄰二極管光束構成的角度，假定所有(yǒu)相鄰光束間(jiān)的角度是一樣的。當然，二極管也并不一定要像圖4所示那(nà)樣在棒周圍對稱放置，例如你(nǐ)可(kě)以将兩個(gè)二極管這樣放置，使其光束成90°角，也就是相對于x軸正向，一個(gè)沿45°放置，一個(gè)沿-45°放置。
“Fast axis FWHM of diodes, degrees”(半高(gāo)全寬角度)通(tōng)常會(huì)在二極管的數(shù)據單中詳細說明(míng)。
“Wavelength of pump light”和(hé)“Refractive index of crystal at pump wavelength”的意義就不解自明(míng)了，是用來(lái)計(jì)算(suàn)通(tōng)過棒的泵浦光的路徑的。
“x-coordinate of pump beam intersection point”可(kě)以用來(lái)定義該點對于棒軸的微小(xiǎo)位移（不大(dà)于棒直徑的百分之幾），這在不對稱照射的情況下是需要用的。
在慢軸方向上(shàng)，我們假設泵浦光為(wèi)超高(gāo)斯平頂分布，假設泵浦光線在與棒軸垂直的平面上(shàng)傳播。慢軸的發散可(kě)以近似考慮成增加了二極管條長度上(shàng)的入口。
在快軸方向上(shàng)泵浦光傳播的形狀可(kě)以用高(gāo)斯ABCD定律來(lái)計(jì)算(suàn)，快軸上(shàng)泵浦光的發散角可(kě)以用這個(gè)式子來(lái)計(jì)算(suàn)：
快軸輪廓假定是超高(gāo)斯形的，也就是說垂直棒軸的強度分布假定是與
成比例的，這裏的σ取決于與二極管晶片表面的距離。
點擊按鈕“Show Pump Beam”(在圖3左下)，可(kě)以在模式圖窗口看到泵浦光的快軸形狀，如圖5所示，光束是沿垂直棒軸的方向傳播的。
圖5顯示的是泵浦光從二極管晶片表面（元件0）開(kāi)始傳播，經過液流管道(dào)（元件1到2），液體(tǐ)（元件2到3），棒（元件3到4），又一次經過液體(tǐ)和(hé)液流管道(dào)（元件4到6）；然後被元件7反射，反射回來(lái)之後泵浦光又一次在液流管道(dào)和(hé)液體(tǐ)以及棒中傳播（元件10到11）。
圖5
在計(jì)算(suàn)快軸的形狀時(shí)，要考慮到晶體(tǐ)、液流管道(dào)和(hé)反射腔的曲率和(hé)折射率。因為(wèi)高(gāo)斯定律也包括了泵浦光的相關性，這可(kě)以使得(de)在計(jì)算(suàn)棒中傳播的第一段路徑時(shí)，得(de)到比光線追蹤編碼方法更好的結果。在經過一個(gè)更高(gāo)編号的元件之後，精确度會(huì)下降，因為(wèi)球形畸變不在高(gāo)斯定律的考慮之中。
點擊按鈕“Show Pump Light Distribution”(圖3右下方)打開(kāi)圖6所示的窗口“Pump Beam Profile”。
移動圖下面的滑塊不會(huì)改變泵浦的形狀，因為(wèi)已經假定其沿棒軸不變。但(dàn)是如果你(nǐ)把滑塊移到棒的泵浦區(qū)域以外，吸收能量密度就會(huì)消失。
圖6
2.3 定義棒的冷卻
點擊标簽“Boundaries”，打開(kāi)如圖7所示的窗口。
圖7
這些(xiē)條目可(kě)以單獨定義棒的各個(gè)表面的冷卻條件。
你(nǐ)可(kě)以選擇冷卻接觸的是固體(tǐ)或者液體(tǐ)，對于後者我們再選中“Fluid Cooling”。
在第一種情況下表面溫度是恒定不變的，由方框“Temperature ,K”裏面的數(shù)值确定，第二種情況下後面一個(gè)數(shù)值定義了液體(tǐ)的體(tǐ)積溫度。
在液冷的情況下還(hái)有(yǒu)一個(gè)薄膜系數(shù)（圖7最下面一行(xíng)）需要定義，這個(gè)描述了固體(tǐ)和(hé)液體(tǐ)表面的熱傳遞。在LASCAD手冊的6.10.3中有(yǒu)詳述。
條目“Reference temperature”是用來(lái)計(jì)算(suàn)形變的，用來(lái)與加熱之前的晶體(tǐ)溫度相适配。
當邊緣溫度是用開(kāi)氏溫标定義的時(shí)候，加入修正值是很(hěn)重要的。
冷卻液不一定要延伸到管道(dào)的整個(gè)長度，因為(wèi)有(yǒu)些(xiē)地方沒有(yǒu)用來(lái)側面泵浦。填入“Surface extends from z=…”這一行(xíng)的條目可(kě)以用來(lái)定義冷卻表面準确的起點和(hé)終點。如圖7所示的情況，冷卻表面是從z=2mm開(kāi)始，到z=14mm結束的，而總長16mm的棒的兩端都沒有(yǒu)冷卻。坐(zuò)标系的原點位于棒左端表面的中心。
在側面泵浦的情況中，棒的兩端冷卻是不需要的。
2.4 定義材料參數(shù)
選擇标簽“Material Param”，打開(kāi)如圖8所示的窗口。
這個(gè)條目是不言自明(míng)的，吸收系數(shù)用來(lái)描述泵浦光束的指數(shù)衰減，依照公式 計(jì)算(suàn)，這是由于泵浦光子的吸收所引起的，由晶體(tǐ)的摻雜水(shuǐ)平所決定，詳細描述見手冊附錄。
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