固體激光器腔體設(shè)計軟件ASLD功能介紹

1、ASLD 功能介紹1 熱透鏡分析1.1 小泵浦源的網(wǎng)格細(xì)化在某些激光器中，泵浦光源的光束尺寸相對于激光晶體而言非常小。在對這樣結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析時需要使用到局部自適應(yīng)的網(wǎng)格劃分方法來準(zhǔn)確反映系統(tǒng)參數(shù)?；蛘咄ㄟ^加大整體的網(wǎng)格數(shù)量來進(jìn)行模擬計算，但是這樣的方法不僅需要更多的計算時間，而且計算結(jié)果的準(zhǔn)確性也很難保證。ASLD所使用的是第一種方法，在激光晶體的中心部分加入一個進(jìn)行更精細(xì)劃分的網(wǎng)格區(qū)域來準(zhǔn)確包含模擬小泵浦源的激光系統(tǒng)。1.2 快速有限元分析（FEA）ASLD借鑒并使用了有限元分析的現(xiàn)代概念和算法。其中包含初始分析的計算方法和半粗化多重網(wǎng)格算法。初始分析及其相對應(yīng)使用的算法能夠保證AS

2、LD在系統(tǒng)包含實時動態(tài)FEA仿真并且包含大量的有限元時依然能夠快速計算出仿真結(jié)果。半粗化多重網(wǎng)格算法能夠保證ASLD在對包含超長激光晶體的系統(tǒng)仿真任務(wù)中更快的計算出所需的結(jié)果。1.3 實時動態(tài)熱透鏡效應(yīng)分析實時動態(tài)熱透鏡效應(yīng)分析在對包含閃光燈泵浦和脈沖泵浦的激光器進(jìn)行仿真時具有明顯的優(yōu)勢。該功能能夠仿真出閃光燈泵浦光源每次打開和關(guān)閉的過程中晶體內(nèi)部的溫度和結(jié)構(gòu)變化以及使用脈沖泵浦時不同的脈沖周期對系統(tǒng)的影響。1.4 FEA邊界條件ASLD包含的圖形化用戶界面能夠幫助用戶快速的設(shè)置FEA分析的邊界條件該功能允許用戶對激光晶體進(jìn)行多個部分的劃分并設(shè)置相應(yīng)的條件。例如下圖中所展示的就是利用該功能對激

3、光晶體進(jìn)行不同部分的冷卻設(shè)置界面。1.5 自動拋物線擬合在進(jìn)行高斯模式分析的過程中通常需要對結(jié)構(gòu)和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行多次拋物線擬合。通常這樣的工作需要設(shè)計人員手工完成，該逆過程較為繁瑣也容易出錯。在ASLD中我們提供了針對結(jié)構(gòu)和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行自動擬合的功能，該功能簡便易用，并且能夠在實時動態(tài)有限元分析過程中起到重要的作用。2 動態(tài)模式分析2.1 可飽和吸收體Q開關(guān)在設(shè)計小型或緊湊型被動Q開關(guān)激光器時經(jīng)常會用到Cr4+摻雜的可飽和吸收體。ASLD能夠?qū)Π擃愋蚎開關(guān)，使用脈沖泵浦的系統(tǒng)進(jìn)行仿真。2.2 高功率激光器的超高斯模式分析ASLD提供超高斯模式的基本結(jié)構(gòu)分析，能夠仿真得到高功率激光器的輸出功率

4、和光束質(zhì)量。下圖展示了輸入功率2600W，脈沖能量0.1066J的激光器仿真設(shè)置圖。2.3 精確的連續(xù)波長輸出功率計算在計算連續(xù)波長輸出功率時一般需要引入一個時間相關(guān)的速率方程，該計算過程非常耗費時間。而ASLD提供了一種快速算法，能夠在得到準(zhǔn)且結(jié)果的同時節(jié)省大量的時間。2.4 腔內(nèi)倍頻我們在最新的ASLD版本中加入了倍頻晶體的模擬。該功能允許用戶對KTP等晶體產(chǎn)生的二次諧波（SHG）進(jìn)行分析。ASLD能夠分析激光腔體內(nèi)部二次諧波產(chǎn)生的激光光束能量。3 泵浦源3.1 光線追跡ASLD包含的光線追跡模塊能夠?qū)χC振腔泵浦光源結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真。該功能通過使用對隨機(jī)光線追跡的相關(guān)算法來仿真段面泵浦和側(cè)面泵

5、浦的結(jié)構(gòu)。并且能夠?qū)ΧO管堆棧或其他條件形式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真。其中還包含參數(shù)分析功能，來研究泵浦波長的偏移和系統(tǒng)輸出功率間的關(guān)系。3.2 泵浦光譜激光器泵浦光源為一系列波長組成的光譜。通常情況下，因為激光晶體對某種特定波長有較高的吸收尖峰，所以為了得到更精確的結(jié)果需要在仿真的過程中考慮到泵浦光源的光譜分布。 ASLD包含的模塊能夠仿真泵浦光源的光譜特性。3.3 脈沖泵浦激光器泵浦光一般情況下并不是連續(xù)的。例如閃光燈泵浦激光器的泵浦光源會隨著時間不斷的開關(guān)以得到脈沖激光輸出。在這樣的情況下，激光晶體的熱效應(yīng)需要利用實時動態(tài)有限元分析來仿真。ASLD允許用戶利用擴(kuò)展文件來對泵浦光的開光狀況進(jìn)行定義。

6、4 參數(shù)分析ASLD內(nèi)置參數(shù)分析工具。該工具能夠幫助工程師對激光器的效率進(jìn)行優(yōu)化分析。參數(shù)分析功能能夠?qū)δ骋幌到y(tǒng)參數(shù)進(jìn)行多次仿真，完成之后將多次仿真的結(jié)果在二維視圖中表示出來。目前ASLD包含以下三個行參數(shù)分析工具：a) 輸入泵浦功率b) 輸出鏡反射率c) 泵浦光譜波長偏移4.1 參數(shù)分析： 輸入泵浦功率輸入泵浦功率的提高會對激光器穩(wěn)定性、輸出功率、光束質(zhì)量造成影響。ASLD能夠?qū)υ搮?shù)進(jìn)行仿真并以2D圖的形式展示出來。4.2 參數(shù)分析：輸出鏡反射率通過優(yōu)化輸出耦合鏡的反射率來得到系統(tǒng)的最大輸出功率。4.3 參數(shù)分析： 泵浦光譜波長偏移泵浦光源波長偏移會影響系統(tǒng)溫度。ASLD能夠仿真波長偏移對

7、系統(tǒng)穩(wěn)定性、輸出功率以及其它參數(shù)的影響。5 材料數(shù)據(jù)ASLD包含激光晶體的材料數(shù)據(jù)。并且用戶可以根據(jù)自己的需求隨時添加新的材料。本軟件所提供的圖形化用戶界面能夠允許用戶通過簡單點擊鼠標(biāo)來添加新的材料。例如，激光晶體材料的特性受摻雜濃度的影響（對泵浦光的吸收效率，最大摻雜濃度，自發(fā)衰變率，）ASLD能夠在用戶改變摻雜濃度后自動計算其它相關(guān)參數(shù)。6 簡單友好的圖形化用戶界面ASLD使用了獨特的面向?qū)ο缶幊谈拍?，利用特殊的軟件將所有的算法和功能封裝在一個完整的軟件中。從而使ASLD相對于其它激光器設(shè)計軟件更加界面友好，更加高效和易于使用。當(dāng)然，在保證上述優(yōu)點的同時，ASLD依然能夠保證用戶在圖形化界面內(nèi)快速的改變需要仿真的激光諧振腔的各種參數(shù)。7 未來會加入的功能我們擁有強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊，能夠?qū)SLD提