指南3 如何計(jì)算Yb:YAG薄片激光器的熱透鏡和激光功率輸出？
目錄
1. 運(yùn)行LASCAD并定義泵浦光分布 1
2. 用EFA定義邊界條件 3
3. 選項(xiàng)定義控制FEA 4
4. FEA結(jié)果顯示 5
5. FEA結(jié)果拋物線擬合 6
6. 在模式中插入熱透鏡 7
7. 激光功率輸出計(jì)算 8
1．運(yùn)行LASCAD并定義泵浦光分布
運(yùn)行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。熱透鏡只有0.12mm，因此需要拉伸其長(zhǎng)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6個(gè)標(biāo)簽。“Models”標(biāo)簽顯示了LASCAD提供的預(yù)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(jīng)被勾選，該模式表示吸收泵浦光強(qiáng)分布在熱透鏡軸方向?yàn)榻破巾敚ㄒ卜Q為常數(shù)）分布。
圖1.定義泵浦棒
選擇’Pump Light’標(biāo)簽，如圖2所示，該標(biāo)簽用于定義泵浦功率密度。在這個(gè)模式下，我們必須事先知道總的吸收泵浦功率�？偟奈展β蕿�500W。垂直于薄片軸的泵浦功率用超高斯函數(shù)定義，如help=>Pump Light-Top Hat Pump Light Distribution in Axis Direction。光斑的大小等于分布半徑。超高斯指數(shù)增大到一定程度后，截面分布接近平頂分布。可以點(diǎn)擊“Show Pump Profile”來(lái)查看截面圖。我們甚至可以從這個(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(shè)在（z=0）處的晶體面與固體接觸時(shí)為常溫，當(dāng)然我們也可以勾選流體冷卻。假設(shè)固體溫度為293K。在3能級(jí)系統(tǒng)中，我們一般都采用開(kāi)氏溫度。參考溫度是用來(lái)計(jì)算晶體熱畸變，對(duì)應(yīng)于晶體的初始溫度。
圖3.定義邊界條件
在本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不使用Doping & Mats 標(biāo)簽。
3.選項(xiàng)定義控制FEA
選擇“FEA Options”，定義網(wǎng)格參數(shù)，收斂判據(jù)和最大迭代次數(shù)�？梢詤⒖紟椭謨�(cè)查找更詳細(xì)的信息。我們可以保持現(xiàn)有條目值不變�；诂F(xiàn)有網(wǎng)格大小，推薦使用700MB RAM。要得到關(guān)于畸變的準(zhǔn)確結(jié)果，現(xiàn)案例的結(jié)果非常小，我們可以將沿著x，y方向的網(wǎng)格降低到0.06，但是最低就需要1024MB RAM來(lái)得到這樣精確的網(wǎng)格。
圖4.計(jì)算
點(diǎn)擊“Apply & Run FEA”開(kāi)始FEA分析，彈出的Finite Element Analysis窗口顯示當(dāng)前運(yùn)行的迭代次數(shù)。
4. FEA結(jié)果顯示
FEA計(jì)算完成之后，點(diǎn)擊LASCAD 主菜單中“FEA-3D Visualizer” ，顯示熱負(fù)載分布，溫度分布，變形和壓力結(jié)果。圖5顯示了未冷卻處理的腔端面處的溫度分布。
圖5.溫度分布 |
