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如何計算一個側面泵浦棒的簡單激光器諧振腔的熱透鏡效應(2)
時間:2020-12-22 16:54來源:訊技光電作者: 技術部點擊:打印
“Total incident pump power”是從二極管聚集到棒上的總功率。
“Inner radius of flow tube”和“Outer radius of flow tube”分別是液流管道的內半徑和外半徑。如果你的模型里沒有液流管道,將外徑和內徑設置得很接近,并將液流管道的折射率設成和液體的折射率一樣。
“Radius of cylindrical reflector”是圓柱反射腔的半徑,圓柱反射腔用來將第一次通過棒的泵浦光再反射回棒里面。
“Distance of reflector from rod axis”不一定要和反射腔的半徑完全一致,例如反射腔可以是平面的,當然在大部分情況下是相同的。如果沒有反射腔,這一項的參數可以設置很大的數值。
如果你有很多組的二極管在棒周圍,那么“Lenth of diode bars”和“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著光發射的方向,也就是平行于棒軸,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一定偏轉角度的,如圖4所示是沿著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長度,“Number of diode groups along rod axis”中輸入二極管組的數目。在圖4中,每一組二極管由三個二極管條組成,并對稱的安排在棒的周圍。偏轉角為60°。總的來說,如果棒周圍的一組二極管數目為n,那么偏轉角就是360°/2n。

圖4
 
“The number of irradiation directions”由棒周圍的二極管數量決定,假定對沿著棒軸的所有二極管組此數值都是不變的。
“Angle between irradiation directions”是與棒軸垂直的平面里相鄰二極管光束構成的角度,假定所有相鄰光束間的角度是一樣的。當然,二極管也并不一定要像圖4所示那樣在棒周圍對稱放置,例如你可以將兩個二極管這樣放置,使其光束成90°角,也就是相對于x軸正向,一個沿45°放置,一個沿-45°放置。
“Fast axis FWHM of diodes, degrees”(半高全寬角度)通常會在二極管的數據單中詳細說明。
“Wavelength of pump light”和“Refractive index of crystal at pump wavelength”的意義就不解自明了,是用來計算通過棒的泵浦光的路徑的。
“x-coordinate of pump beam intersection point”可以用來定義該點對于棒軸的微小位移(不大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,我們假設泵浦光為超高斯平頂分布,假設泵浦光線在與棒軸垂直的平面上傳播。慢軸的發散可以近似考慮成增加了二極管條長度上的入口。
在快軸方向上泵浦光傳播的形狀可以用高斯ABCD定律來計算,快軸上泵浦光的發散角可以用這個式子來計算:

快軸輪廓假定是超高斯形的,也就是說垂直棒軸的強度分布假定是與成比例的,這里的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)開始傳播,經過液流管道(元件1到2),液體(元件2到3),棒(元件3到4),又一次經過液體和液流管道(元件4到6);然后被元件7反射,反射回來之后泵浦光又一次在液流管道和液體以及棒中傳播(元件10到11)。
 

圖5
在計算快軸的形狀時,要考慮到晶體、液流管道和反射腔的曲率和折射率。因為高斯定律也包括了泵浦光的相關性,這可以使得在計算棒中傳播的第一段路徑時,得到比光線追蹤編碼方法更好的結果。在經過一個更高編號的元件之后,精確度會下降,因為球形畸變不在高斯定律的考慮之中。
點擊按鈕“Show Pump Light Distribution”(圖3右下方)打開圖6所示的窗口“Pump Beam Profile”。
移動圖下面的滑塊不會改變泵浦的形狀,因為已經假定其沿棒軸不變。但是如果你把滑塊移到棒的泵浦區域以外,吸收能量密度就會消失。

圖6
2.3 定義棒的冷卻
點擊標簽“Boundaries”,打開如圖7所示的窗口。
 

圖7
這些條目可以單獨定義棒的各個表面的冷卻條件。
你可以選擇冷卻接觸的是固體或者液體,對于后者我們再選中“Fluid Cooling”。
在第一種情況下表面溫度是恒定不變的,由方框“Temperature ,K”里面的數值確定,第二種情況下后面一個數值定義了液體的體積溫度。
在液冷的情況下還有一個薄膜系數(圖7最下面一行)需要定義,這個描述了固體和液體表面的熱傳遞。在LASCAD手冊的6.10.3中有詳述。
條目“Reference temperature”是用來計算形變的,用來與加熱之前的晶體溫度相適配。
當邊緣溫度是用開氏溫標定義的時候,加入修正值是很重要的。
冷卻液不一定要延伸到管道的整個長度,因為有些地方沒有用來側面泵浦。填入“Surface extends from z=…”這一行的條目可以用來定義冷卻表面準確的起點和終點。如圖7所示的情況,冷卻表面是從z=2mm開始,到z=14mm結束的,而總長16mm的棒的兩端都沒有冷卻。坐標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
選擇標簽“Material Param”,打開如圖8所示的窗口。
這個條目是不言自明的,吸收系數用來描述泵浦光束的指數衰減,依照公式 計算,這是由于泵浦光子的吸收所引起的,由晶體的摻雜水平所決定,詳細描述見手冊附錄。

......

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